激光熔覆技术在液压支架立柱外表面修复中的研究与运用

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1、激光熔覆技术在液压支架立柱外表面修复中的研究与运用　　摘要：本文重点针对液压支架立柱外表面修复中激光熔覆技术的运用做出了深入研究，论述了立柱外表面失效原因、修复工艺流程、以及安全技术要求，结果证实采用激光熔覆技术能够将液压支架立柱有效修复，恢复其原有性能。　　关键词：液压支架；立柱；　　0引言　　液压支架是矿井综采工作面最重要的支护设备，主要针对工作面顶板进行支撑并保护综采设备和作业人员的安全，立柱是实现支撑和承载的主要部件，一旦立柱出现故障，支架的支护能力则受到影响，综采工作面的安全系数将大大降低，直接影响安全生产，甚至造成无法估计的后果。立柱在使用过程中，由于缸

2、体外表面在井下复杂的工作环境下受腐蚀、磨损、冲击等引起镀层脱落导致密封损坏，从而使立柱漏液或泄液，进而影响支架整体使用性能，导致工作面不能正常生产。因此，如何提升立柱外表面的耐磨、耐腐蚀、抗冲击性能，延长立柱的使用寿命，具有重要的意义。　　1立柱外表面失效原因及常见修复工艺　　1.1立柱外表面失效原因分析6　　由于井下工作环境特殊，井下湿度大（相对湿度约75%以上）且含有硫等腐蚀物质的粉尘较多，加之井下空气中含有二氧化硫、硫化氢等有毒有害气体，形成了井下复杂特殊的酸性和碱性腐蚀介质工作环境，立柱长期在这种环境下工作，表面承受冲击和腐蚀，出现了不同程度的锈蚀、斑坑以及

3、镀层脱落等表面缺陷，影响了立柱的密封性能，造成了立柱在使用过程中的失效；另外，立柱在使用过程中，因局部磕碰或煤渣颗粒冲击和频繁的动作也会导致外表面磨损划伤而失效。因此，腐蚀和磨损成为了矿用液压支架立柱失效的主要形式。　　1.2立柱外表面常见修复工艺　　目前，液压支架立柱外表面修复主要采用电镀镀铬工艺。电镀铬是利用电解工艺，将铬沉积在基体表面，形成铬镀层的表面处理技术，镀层与基体之间为物理结合。电镀具有以下几方面不足：（1）镀铬层由于硬度高所以脆性较大，铬层受到冲击时易发生裂纹，易造成起泡、锈蚀、耐腐蚀性不稳定；（2）电镀对环境影响极大，电镀过程中会产生大量危害人体健

4、康的含六价铬废水，另外，电镀前需要对工件进行酸洗，会产生大量酸洗废水和清洗废水，造成水源污染和环境的破坏；（3）电镀工艺不适合立柱外表面局部修复，如立柱镀层有局部损伤，则需将整根立柱镀层整体电镀，增加了维修成本；（4）由于受电镀层厚度的限制，一般立柱中缸、活柱在电镀2次后，因退镀后再机加造成壁厚变薄，强度下降无法，再恢复到原有性能，不能循环使用，需彻底报废。　　2激光熔覆技术性能及特点　　2.16激光熔覆技术是一种新的表面改性技术，利用高能密度的激光束将熔覆材料与基材表面薄层一起熔凝的方法，从而达到熔敷层与基体冶金结合的效果，快速凝固后与基体材料形成具有耐蚀、耐磨、

5、耐热、抗氧化等特性的冶金表面涂层，是改善基体特性的一种表面处理工艺，达到表面改性或修复的目的。　　2.2激光熔覆修复技术特点：　　（1）基体材料在激光加工过程中表面微熔，微熔层仅为0.05-0.1mm。基体热影响区极小，一般为0.1-0.2mm。　　（2）激光加工过程中基体温升不超过80℃，激光加工后热变形小。　　（3）激光熔覆技术可控性好，易实现自动化控制，熔敷粉末可根据基体材料和使用要求自由配比，可满足不同的修复需求。　　（4）熔覆层与基体均无粗大的铸造组织，熔覆层及其界面组织致密，晶体细小，无夹杂、裂纹等缺陷，且成分、硬度均匀，能提供更好的耐蚀性，从而延长这些

6、支撑装置的使用寿命，这是电镀技术不可企及的。　　2.3激光熔覆设备选择　　我中心（神东煤炭集团设备维修中心）目前采用的是高功率的直接半导体激光器系统熔覆设备，激光器可提供4kW至10kW的输出功率范围（波长均为975nm）。10kW激光器提供“智能光束”6自由空间输出，经配置后可输出多种光斑形状（宽度从1mm至12mm，长度从6mm至36mm），实现对熔覆宽度和厚度的高度控制，进而实现对大面积区域的快速处理。该系统的电光转换效率高出任何其他激光器类型（包括CO2、固体和光纤激光器）许多倍。由于这种系统产生既定输出功率所需的电流量较少，因此可以降低运营成本。此外，半导

7、体激光器的尺寸更小，更易于集成到工作站中。并且，这也意味着它所生成的余热集中在一个相对较小的物理区域里，从而仅需要少量的循环水和一台冷却器便可实现有效冷却。最后，半导体激光器极高的可靠性和长寿命意味着低维护费用和极少的维护停机时间。　　2.4激光熔覆材料　　立柱中缸、活柱外表面熔覆材料为一种镍基合金粉末，该合金粉末具有良好的润湿性、耐蚀性、高温自润滑作用，且价格适中。熔覆空冷后具有良好的耐腐蚀、耐磨损及较好的抗裂纹性，其使用寿命是镀铬技术的6倍。　　3立柱中缸及活柱外表面激光熔覆工艺　　3.1工艺流程　　图1外表面立柱修复工艺流程图　　3.2工艺技术要求　　（1