浅谈激光熔覆技术在液压支架立柱修复中的应用

贾清华 孟飞

0 引言

液压支架在井下煤炭开采中主要用于综采工作面顶板及煤壁的支撑，是综合机械化采煤必不可少的设备，液压支架立柱是液压支架最主要的承载执行部件，其制造成本约占支架的四分之一。

液压支架在井下工作面支护过程中，升架后裸露的活柱表面长期处于酸、碱腐蚀，煤尘较严重的恶劣工况中，支架活柱表面很容易被锈蚀、划伤以及受到冲击等，造成活柱与缸筒之间的密封失效，支撑力达不到煤矿安全规程要求，对工作面安全生产造成较大隐患。因此，液压支架活柱表面的修复质量，是关系到井下工作面安全生产的重要因素之一，也是确保综采工作面煤炭顺利开采的有效手段。

目前集团公司液压支架立柱大修技术都是采用电镀工艺，此工艺修复后的活柱表面容易造成局部脱铬（见图1），使立柱使用寿命缩短，可再修复次数减少，另外，电镀工艺存在严重的环境污染问题，因此，探讨一种新的活柱表面涂层技术取代电镀工艺势在必行[1-2]。

图1 活柱表面局部脱铬

1 概况

同煤集团公司自主大修液压支架类型有ZYB4400/8.5/18、ZY5000/14/23掩护式液压支架；ZZ5600/14/28、 ZZS6000/17/37、 ZZS5300/14/28、ZZ10000/20/38、ZZ9900/29.5/50支撑掩护式液压支架；ZF7500/22/35、ZF6000/22/35放顶煤液压支架以及ZF13000/25/38、ZF15000/28/52、ZTZ20000/25/50高端液压支架。每年大修液压支架2 000～2 500架，大修千斤、立柱约16 000～20 000件左右。立柱规格有双伸缩立柱 φ360/φ260 mm、φ320/φ230 mm、φ280/φ200 mm、φ250/φ180 mm；单伸缩立柱φ360 mm、φ320 mm、φ280 mm、φ250 mm、φ230 mm、φ200 mm等。

出井大修的液压支架活柱表面存在镀铬面锈蚀（见图2）、机械性损伤（见图3）、镀铬层脱落（见图4）。这些现象都容易导致损坏立柱密封，造成乳化液泄漏，支撑力达不到煤矿安全规程要求，必须对活柱表面进行大修处理，恢复其功能。

图2 活柱镀铬面锈蚀

图3 活柱机械性损伤

图4 活柱镀铬层脱落

2 立柱修复技术

液压支架立柱的修复技术大体上有三种，即为普通电镀、等离子熔覆和激光熔覆技术。

目前集团公司大修液压支架对立柱的修复均采用普通电镀工艺，即在活柱表面进行电镀铬（见图5）。等离子熔覆是离子态电弧夹带金属粉在活柱表面进行热态沉积形成表面涂层，从而达到活柱表面缺陷修补。激光熔覆技术是指以不同的填料方式在活柱基体表面上放置合金粉涂层材料，经激光辐照使之和活柱基体表面一薄层同时熔化，并快速凝结后形成稀释度极低并与活柱基体材料成冶金结合的表面涂层，从而显著改善活柱基体表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电器特性等的工艺方法。

液压支架立柱通过上述三种修复技术的实际使用后效果对比发现，活柱经过激光熔覆技术修复后的表面有较强的耐腐蚀性和较高的硬度，完全满足立柱使用标准，而且利用激光熔覆技术修复后的立柱使用寿命是普通电镀修复的6倍以上[1]。

图5 普通电镀修复后的活柱表面

3 传统电镀与激光熔覆比较

传统电镀工艺与激光熔覆工艺相比较，其各项性能见表1。

表1 工艺对比

从上表看出，激光熔覆工艺所采用的表面材料要比电镀材料丰富，是合金材料，熔覆层厚度是电镀层厚度的10倍以上，更有利于活柱表面缺陷的修复，激光熔覆材料与活柱母材是冶金结合，要比电镀层结合方式紧密牢固，环保方面，激光熔覆技术更占尽优势[2]。

4 激光熔覆工艺

应用激光熔覆技术对液压支架活柱表面的修复工艺流程为：

图6 活柱修复工艺流程

（1）活柱初检与校直

从井下上来需要大修的液压支架，经过整架及各部件的拆分，活柱表面及平直度状况进行检验，并校直有弯曲、变形的活柱；

（2）活柱表面退镀磨削

经过活柱初检，对达到报废的活柱表面进行车削，将有缺陷的镀层去除；

（3）活柱基体探伤

为保证活柱表面熔覆层的性能，首先要对活柱的基体进行探伤，确保活柱表面不存在裂纹等缺陷，之后对其表面进行清洗，使其达到熔覆标准；

（3）活柱激光熔覆

在活柱表面进行熔覆层制备时，采用侧轴送粉，等待熔覆完成后，在活柱表面得到单边厚度为1.3 mm的熔覆层；

（4）活柱熔覆层车削

活柱表面进行熔覆层制备后，要对熔覆后的活柱表面进行车削，使其直径大于公称直径0.4-0.6 mm；

（5）活柱熔覆层磨削及抛光

活柱表面完成车削后，要对活柱进行磨削及抛光，使活柱直径达到工件公称尺寸、公差及表面粗糙度要求；

（6）活柱熔覆层探伤

经过上述工序完成了活柱的激光熔覆，之后要对活柱熔覆层进行探伤，观察熔覆层组织是否致密、无气孔，完好无缺；

（7）活柱终检

按照立柱质量检验标准，对采用激光熔覆技术后的活柱进行最终检验，判定各项技术指标是否满足质量要求。

5 效益分析

（1）性能效益

激光熔覆工艺所采用合金粉表面材料，该合金粉末熔覆在活柱表面上，与活柱基体形成了牢固的冶金结合熔覆层，熔覆层组织致密、无气孔，有较好的耐腐蚀、耐磨和抗冲击性，并且其表面硬度达到HV410，使用寿命是采用镀铬活柱的5-10倍。

（2）经济效益

目前液压支架立柱采用激光熔覆技术修复，还处于发展的阶段，维修成本较高，约是传统电镀工艺修复的3倍左右，但修复后的立柱使用寿命大约是电镀修复的6倍以上。随着新技术、新材料、新工艺的不断发展成熟，激光熔覆技术的修复成本会呈逐年下降的趋势。综合来看，激光熔覆技术的性价比还是比较高的，相对其他修复技术，占有明显优势。

（3）环境效益

传统的电镀工艺，修复前要对活柱进行酸洗，会产生大量酸洗废水，属于高污染、高排放、高能耗的落后工艺，对环境造成污染，而激光熔覆技术则不存在此类问题，能有效地保护环境。

6 结论

近几年来激光熔覆技术的探究发展愈来愈成熟，针对液压支架立柱的修复，相对传统的电镀工艺，激光熔覆技术在产品性能、使用寿命、经济效益以及环境保护等诸多方面显现出明显的优势。通过对激光熔覆技术在液压支架立柱修复中应用的探讨，认为将来液压支架立柱的修复应用激光熔覆技术必然会占主导地位。

[1]蔡发,刘混举.液压支架立柱激光熔覆技术修复工艺分析[J].机械工程与自动化,2016(04):125-127+129.

[2]刘晋平.激光熔覆修复液压支架立柱活柱工艺研究[J].能源与节能,2017(08):124-125.