煤矿井下液压油缸激光熔覆强化技术分析

李宏伟

摘要：作为智能制造装备中的关键技术之一，激光熔覆技术起着关键作用。简述了激光熔覆技术的概念、组成以及应用。为液压油缸的强化做出参考。

关键词：激光熔覆;液压油缸;盾构机

液压油缸作为煤矿井下液压动力的主要来源，受到各种外部因素的影响，油缸表面会不可避免的出现磨损或者腐蚀现象，一旦没有得到良好处理，就会出现漏油、动力不足等问题，给煤矿开采工作增加难度。本着节约成本的原则，利用激光熔覆技术对液压油缸表面进行强化，延长油缸使用寿命。

1.激光熔覆技术概述

激光熔覆主要是通过喷涂、融化和冷凝这三个步骤来对液压油缸表面进行改进和强化处理，把好的熔覆材料经过处理之后，应用到需要修复的液压油缸部位，与此同时，利用激光技术，将熔覆材料和原表面进行融合，从而形成一层薄膜，起到隔绝空气腐蚀的作用，最后再通过冷凝装置，对其表面进行降温，在表面形成特有的熔覆层。新的表面涂层能够增强液压油缸表面的耐磨性、抗腐蚀性，也保证了其具备一定的抗氧化能力。和传统表面加工工艺相比，激光熔覆工艺能够自主选择熔覆材料，也能够根据不同的化学成分配比来选择合适的加工工艺，因此，激光熔覆技术在现如今煤矿井下液压油缸表面強化中得到了广泛应用。

2.项目概述

作为金属表面修复的常用技术之一，激光熔覆技术主要是利用激光束加热金属表面的合金涂层，经过加热之后，表面涂层经过融化再恢复到常温，使熔覆层冷却，在金属表面形成保护膜，隔绝空气对液压油缸表面的腐蚀，从而起到液压油缸的保护作用。激光熔覆技术有着材料结实、不易变形、可控性强等特点，在煤矿井下作业中得到了广泛应用。液压油缸作为井下作业设备的动力源，在长期高压的工作状态下很容易出现不同程度的磨损，因此，为了防止机械设备磨损对煤矿井下作业产生的不良影响，利用激光熔覆技术对其表面进行加固处理是非常有必要的，能够保证煤矿井下工作顺利开展，也能保证工作人员的安全。

3.研究内容

3.1技术特点

近些年来，激光熔覆技术逐渐兴起，成为运用较为广泛的表面强化技术。主要就是利用激光束对金属表面进行加热，来形成熔覆层和保护层，让液压油缸表面与空气隔绝，减少受空气侵蚀的情况。激光熔覆技术具有以下特性：（1）覆盖层数可控。该技术可以定量组合合金粉末的种类和质量，通过改变材料的配比来控制覆盖层的厚度;（2）覆盖层结构可以随时调整。通过对金属表面不同程度的加热处理，可以细化覆盖层表面的结构晶粒;（3）工艺简单。

3.2研究现状

煤矿井下液压油缸的表皮容易脱落，抗氧化性和抗腐蚀性能也不强，针对这些问题，主要有这几种修复方式：（1）车床加工法。利用车床和工业计算机对液压油缸的表面进行加工处理，虽然计算机能够很好的对机械设备的精度进行控制，但是在切削之后，油缸会变小，导致和原来的部件难以配合;（2）电镀涂层法。利用电镀的方式，在液压油缸表面覆盖合金涂层，起到隔绝腐蚀的作用。但是在工作过程中，这种方法存在一定局限性，无法从根源上避免表层脱落的情况。

3.3研究内容

（1）优化激光熔覆工艺，对熔覆之后的液压油缸和熔覆之前的进行对比;（2）仔细对比分析熔覆层的特性，对材料、工艺等因素进行对比，从而得到最优熔覆参数;（3）探究不同合金材料在熔覆中的表现，实施检测不同材料的硬度、抗腐蚀性、耐磨性。

4.现场实施

4.1材料选择

（1）制作油缸试块。在试验过程中，现场试验所选取的液压油缸材料为45号钢，在实验之前，要做好该材料的清洗和打磨工作;（2）就一般情况而言，常用的激光熔覆粉末主要包括三种：镍基合金、钴基合金和铁基合金，在本次实验中，采用了铁基合金和铁基合金复合粉末。

4.2激光熔覆工艺

（1）在准备好的激光熔覆粉末中加入脱水粘合剂，不要同时涂抹在压油缸的表面，分两次进行，这样能够让覆盖层得到更好的融合，保证其质量;（2）在激光熔覆进行的过程当中，可以把油缸试块先放置于恒温箱中，在120℃的温度下保存2小时;（3）利用二氧化碳激光器对液压油缸试块进行熔覆处理。

5.特性对比

5.1外观特性

在实验过程中，采用了功率4kW，激光光束为6mm的激光器。铁剂粉末熔覆的结果如图1所示，铁剂合金复合粉末熔覆的结果如图2所示。

通过对图1和图2的对比分析可以得出结论，在公路为4kW，激光光束在6mm的时候，油缸试块的熔覆层最均匀，外观特性为最佳水平。

5.2硬度特性

将不同的油缸试块进行硬度上的对比，从而绘制出硬度特性曲线，如图3所示。

在图3中，横轴表示的是待测点和激光光束中心的距离，纵轴表示油缸试块的硬度。通过对图3的分析可以得到结论，在同等条件下，复合粉末的硬度比铁基粉末的硬度要高出150HV-180HV。主要是因为，复合粉末能够提升熔覆层的整体硬度。

4.3抗腐蚀性

为了能够对两组油缸试块的抗腐蚀性能进行最科学合理的检验，在实验过程中，尽量还原了最真实的煤矿井下作业环境，分别将两组油缸试块放置于酸性腐蚀环境和金属离子腐蚀环境之下，在激光熔覆工艺前后，两组油缸试块的抗腐蚀性能变化较大，其中，复合粉末相对于铁基粉末来说，变化更大，这就说明复合粉末的抗腐蚀性能比铁基粉末的抗腐蚀性能更强。

4.4耐磨特性

对铁基粉末和复合铁基粉末的耐磨性测试结果如图4所示。

通过对图4的分析可以得出结论，磨损接触面从单线磨损到契合面磨损，其磨损面积和程度正在一步步加大，但是经过激光熔覆工艺处理之后的铁基粉末耐磨性得到了大幅度提升。这就说明，复合粉末在经过激光熔覆处理之后，能够和油缸表面更加契合，弹性变形恢复快。

结语：

通过实验分析得出结论，激光熔覆工艺能够提升液压油缸的抗腐蚀性、耐磨性、在今后的研究工作当中，不仅要加强激光熔覆技术的研究，还可以在熔覆材料上进行突破。

参考文献：

[1]鲁彦志，于瑞东，王静.激光熔覆技术在大型装备修复中的应用综述[J].现代制造技术与装备，2019（10）：163-164.