等离子堆焊机在煤矿液压支架中的应用

　　矿用液压支柱再制造工艺——等离子粉末堆焊技术

 

　　摘要：本文介绍了液压支柱的失效原因，等离子粉末堆焊的原理与特点，并将其运用到液压支柱表面强化。采用此工艺可显著的提高液压支柱表面的硬度，耐蚀性，耐磨性及使用寿命。

 

　　矿用液压支柱是当前煤矿井下广泛使用的支护部件，在国内大中型煤矿企业中，液压支架在采煤工作面上的使用率已超过50%。但是由于井下环境恶劣，液压支柱表面腐蚀和磨损的现象严重，导致液压支柱失效。

 

　　目前液压支柱是通过表面镀铬的方法来实现表面防蚀。由于镀铬层耐磨性差，其寿命仅为1.0-1.5a，镀铬层容易出现起皮与脱皮的现象，影响液压支柱的使用，同时镀铬工艺对环境污染特别严重。因此，液压支柱表面强化技术的研究越来越受人们的重视。通常采用冷焊、复合电刷镀和电喷涂对液压支柱进行表面强化。近年来，我国等离子粉末堆焊技术取得了极大的进展，等离子粉末堆焊技术是改善基体特性的一种表面处理工艺，将合金粉末以不同的填料方式在基体表面上涂覆，在等离子束作用下把涂覆粉末迅速加热并熔化，快速凝固后与基体材料形成具有耐蚀、耐磨、耐热等特性的冶金表面涂层。

 

　　1.等离子粉末堆焊的原理：

 

　　离子粉末堆焊是以等离子弧作为热源，应用等离子弧产生的高温将合金粉末与基体表面迅速加热并一起熔化、混合、扩散、凝固，等离子束离开后自激冷却，形成一层高性能的合金层，从而实现零件表面的强化与硬化的堆焊工艺，由于等离子弧具有电弧温度高、传热率大、稳定性好，熔深可控性强，通过调节相关的堆焊参数，可对堆焊层的厚度、宽度、硬度在一定范围内自由调整。等离子粉末堆焊后基体材料和堆焊材料之间形成融合界面，结合强度高；堆焊层组织致密，耐蚀及耐磨性好；基体材料与堆焊材料的稀释减少，材料特性变化小；利用粉末作为堆焊材料可提高合金设计的选择性，特别是能够顺利堆焊难熔材料，提高工件的耐磨、耐高温、耐腐蚀性。

 

　　2.等离子粉末堆焊的优势：

 

　　与热喷涂、化学镀、等离子喷涂及气相沉积等传统的表面改性技术相比，等离子粉末堆焊技术具有如下特点：

 

　　2.1适用的材料体系广泛，尤其适于在低熔点金属表面堆焊高熔点合金，获得致密的冶金结合涂层；

 

　　2.2热影响区域小，工件不易变形，堆焊成品率较高；

 

　　2.3等离子堆焊合金涂层表面性能稳定，成分及厚度可控，且工艺灵活，易实现自动化生产；

 

　　2.4可对成形工件表面局部区域进行堆焊处理；

 

　　2.5表面强化层组织致密，硬度高，质量好，表面光洁五氧化，具有较高的韧性、强度、耐磨性与耐蚀性；

 

　　2.6等离子堆焊技术属于绿色再制造范畴，加工过程无污染，劳动条件好；

 

　　2.7等离子堆焊速度快，稀释率低，等离子堆焊的稀释率可控制在5%-10%，甚至更低。

 

　　3立柱表面堆焊修复工艺

 

　　3.1加工设备

 

　　采用DML-V03BD等离子粉末堆焊成套设备对液压支柱表面进行修复。该设备主要由等离子发生器、堆焊枪、送粉控制、加工机床等及部分组成，操作简单，极大的提高了生产效率。

 

　　3.2前期准备

 

　　了解工况获悉支柱失效原因、了解工件材质、修复位置尺寸和形状、修复的工艺及性能要求等。液压将支柱的失效方式有很多种，主要是由于各种磨损所致，如磨粒磨损、腐蚀磨损和疲劳磨损。在此基础上确定修复方案，包括修复前工件表面处理（除油，去锈）、合金材料的选择、堆焊电流、送粉速度、支柱旋转速度、离子气流量等。本次试验选用镍基自溶性合金粉末作为等离子堆焊材料，牌号NI45。该系列粉末适用于要求局部耐磨、耐腐蚀及抗疲劳的工件，能形成组织致密，无气孔夹杂塌陷，无裂纹，高硬度的镍基涂层，该涂层与基材为冶金结合。

 

　　3.3修复过程

 

　　等离子堆焊设备采用高纯氩气作为离子气与保护气，为保证长时间工作，在堆焊设备有冷水机组，冷却水一般采用蒸馏水，以带走等离子发生器在转换过程中产生的热量，以确保堆焊枪的稳定运行。修复过程中，随时观察堆焊状况，包括堆焊层厚度，平整度，搭接率等。DML-V03BD堆焊设备可在堆焊过程中随时调节电流，送粉速度，以此来调节堆焊层厚度与堆焊效果。堆焊的工艺参数如下：

 

　　焊接电流（A）：120~130；

 

　　离子气流量（NL/min）：1.5-1.8

 

　　保护气流量（NL/min）：5-10；

 

　　焊接速度（m/min）：0.9-1.1：

 

　　3.4焊后处理

 

　　堆焊结束后，要对堆焊层进行外观质量检验，是否存在裂纹，气孔等缺陷，采用便携硬度计初步检测堆焊层的硬度，并对工件的尺寸精度和位置精度进行检测。符合要求后，对支柱进行处理，包括车削，磨削，以达到工件最终尺寸与精度。

 

　　3.5堆焊效果

 

　　经检测，采用等离子堆焊技术对矿用液压支柱堆焊的合金强化层表面硬度打到HRC40，明显的提高了矿用液压支柱的耐蚀性，耐磨损性和其他机械性能。

 

　　4结论

 

　　经试验与客户反馈，等离子粉末堆焊技术已成功在液压支柱修复行业中取得极大的成效。由于等离子粉末堆焊是在大气环境下进行的无污染操作，而且操作简单，堆焊后质量得到很大的提升，从而可以减少液压支柱的更换时间，以确保生产效率，并可节约大量资金，对于件设节约型社会有着更为广大的意义。上海多木实业有限公司是一家专业从事电源开发的高科技产业，其中焊接电源是我的重点项目，开发的系列焊机已达到或超过国际先进水平，深受客户的认可，拥有广泛的客户群和知名度。产品专业用于精密零件、薄板等的焊接，阀门、轧辊、截齿等的堆焊，模具、机械轴类的焊补等，已广泛应用于电子电器、煤炭矿山机械、航空航天等诸多领域。

 

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