矿用减速器轴激光熔覆再制造技术的研究

河南省煤科院耐磨技术有限公司 河南郑州 450001

矿用减速器是煤炭开采运输中的常用设备，为煤炭运输设备传递动力。由于其长期在井下复杂恶劣的工况下作业，受到大负荷扭转、挤压、振动、噪声、潮湿腐蚀环境等因素的影响，减速器轴会出现不同程度的磨损和腐蚀[1-3]，严重影响减速器运转甚至引起事故，影响煤矿安全，同时造成经济损失。直接更换减速器轴或减速器整机，不仅增加成本而且浪费资源。因此，以煤矿的实际需求为出发点，研究减速器轴的再制造技术，将激光熔覆技术用于减速器轴的修复具有现实意义。

1 激光熔覆再制造技术

激光熔覆再制造技术已成熟应用于冶金、煤矿、水泥等领域，该技术利用激光熔覆金属对即将报废或磨损严重的工件进行修复[4-6]，恢复工件尺寸和使用性能，延长使用寿命。

激光熔覆再制造技术是 20 世纪 80 年代发展起来的表面改进性技术，用高功率激光发生器的激光束作为热源，将熔覆材料与工件基材表面同步熔化，形成液态熔池，并发生一系列的物理和化学反应，凝结成与工件基材表面相结合的熔覆层，从而达到提高工件表面强度、硬度、耐磨耐蚀等性能[7-8]。该技术因具有热输入小、工件变形小、稀释率低、熔覆材料可选择范围广、绿色无污染等优势，在工业领域应用广泛。

2 矿用减速器轴再制造修复

激光熔覆再制造技术在煤矿液压支架立柱活塞杆的修复应用上得到认可，研究应用该技术对大型运输设备的部件，如减速器轴的修复，可以确保减速器轴的再制造利用，延长其使用寿命，降低成本，提高效益。

矿用减速器轴应用激光熔覆再制造流程为：减速器拆解—减速器轴清理与检查—车削去疲劳层—激光熔覆处理—熔覆层粗加工—粗磨加工—检验(尺寸、探伤)—合格成品。

采用激光熔覆再制造技术对矿用减速器轴进行修复，如图 1 所示，图 1(a)为激光熔覆处理后的减速器轴，图 1(b)为精加工后再制造完成的减速器轴。

图1 矿用减速器轴激光熔覆再制造

3 减速器轴表面激光熔覆层的组织与性能

对减速器轴表面的激光熔覆层进行显微组织观察和耐磨性能测试。

3.1 熔覆层显微组织

对工件的激光熔覆层取金相观察试样，金相腐蚀剂选用现配的王水进行轻微腐蚀，利用光学金相显微镜对试样进行观察，熔覆层与基体结合处的金相结构如图 2(a)所示，试样熔覆层的显微组织如图 2(b)所示。

由图 2(a)可以看出，基材与熔覆层结合处有一条清晰的亮白色条带，说明激光熔覆层与基材呈现明显的冶金结合特点，结合牢固。由图 2(b)可以看出，熔覆层中部为较均匀的等轴晶，晶粒细小均匀，组织致密，为激光熔覆层具有良好的力学性能提供了基础的组织保障。

图2 激光熔覆层微观组织

3.2 激光熔覆层的耐磨性能

为了检测激光熔覆层相对于基材的耐磨性能，采用干式橡胶轮磨粒磨损的试验方法进行测试，磨料选用棕刚玉，磨损转数为 2 000 转，转速设定为 200 r/min，试验结果如图 3 所示。

由图 3 可知，激光熔覆层的耐磨性约为基材的4.28 倍，耐磨性能明显提高，能够延长减速器轴的使用寿命。

4 结语

采用激光熔覆再制造技术对即将失效的减速器轴进行修复再制造，恢复减速器轴的尺寸和使用性能，赋予其新的生命活力，并提高减速器轴表面的强度和耐磨性能，改善减速器轴的综合性能，为煤炭企业节约设备购置费用，经济效益和社会效益显著提高，具有一定的推广应用价值。

图3 激光熔覆层相对于基材的耐磨性试验结果