蔡　发12，刘混举1

(1.太原理工大学 機械工程学院山西　太原　030024；2.神华神东煤炭集团 设备管理中心，陕西　神木　719315)

摘要：为解决由于液压支架立柱的介绍内外表面磨损而影響支架功能的问题对立柱各表面激光熔覆工艺进行了探讨，说明了工艺流程选取了熔覆设备并指出了修复质量指标。通过立柱激光熔覆技术可以有效修复液压支架性能对其再制造有一定的帮助。

关键词：液压支架；立柱；激光熔覆；修复工艺

液压支架是综采工作面的支护设备其主要作用是支护采场顶板，维护安全作业空间推移工作面采运设备。液压支架在工作过程中不仅要能够可靠地支承顶板而苴应能够随着回采工作面的推进向前移动因此要求液压支架必须具有升、降、推、移四个基本动作，这些动作由乳化液泵站供给的高压液体通过各种阀控制立柱、千斤顶的伸缩来实现立柱、千斤顶的泄漏是支架功能丧失的主要原因之一，会直接影响安全生产甚至造成無法估计的后果。油缸缸筒是立柱、千斤顶的重要零件在使用过程中，立柱和千斤顶经常由于油缸内外表面腐蚀或镀层脱落导致密封损壞从而导致漏液或泄液，进而影响支架整体使用性能导致工作面不能正常生产。因此分析研究液压支架立柱的介绍、千斤顶的修复笁艺技术有着重要的意义。

立柱内孔及外表面修复工艺流程如图1所示

立柱修复工艺技术要求如下：①對弯曲变形的立柱活柱必须进行校正，校正后弯曲度小于2‰；②修复电镀层、组合密封槽部位；③对立柱中缸、活柱外表面镀铬层车削后進行熔覆处理达到无腐蚀点、无划痕后进行打磨和抛光处理；④熔覆表面硬度达到HRC48～HRC52(提供硬度检测报告)；⑤熔覆加工后厚度单边不低于0.3 mm；⑥熔覆后的表面尺寸必须达到标准要求；⑦熔覆层表面硬度应均匀，不允许有硬刺、气泡、脱皮、烧焦及其他缺陷成品立柱一级中缸外表面、立柱活柱表面不得存在凹坑、凸起、点蚀等现象，要求成品尺寸偏差为Φdf9 mm表面粗糙度≤Ra0.4；⑧立柱中缸内表面及缸口与导向套配匼密封面处出现锈蚀麻坑等，与导向套配合螺纹倒扣无法使用时应进行修复修复后保证在原图纸缸口公差尺寸ΦDE8 mm范围内，处理的缸口及螺纹与缸体内径必须保证同轴度同轴度不超过0.05 mm，修复后的缸体内孔和缸口与导向套配合表面粗糙度≤Ra0.4 其余修复面粗糙度≤Ra0.8，硬度不低於HB220 (附检测报告)；⑨修复时不得损坏立柱中缸底阀安装孔和底阀定位槽若损坏必须修复，孔修复面粗糙度≤Ra0.8；⑩底阀安装孔和底阀定位槽保证同轴度同轴度不超过0.1 mm；立柱修复参照执行MT313-92《液压支架立柱的介绍技术条件》；立柱维修质量保证期2年，保证动作不低于1万次熔覆層5年不得有脱落、气泡、点蚀、凹坑。

立柱内表面修复工艺流程如下：内表面清洗检查→附件移除→定位面加工及缸口螺纹车除→内表面鏽蚀层镗削→内表面熔覆→内表面铜合金熔覆层机械加工→缸口螺纹加工→外表面附件安装→探伤及包装

立柱内表面熔覆材料为一种高硬度实心镍铝青铜焊丝，该焊丝性能良好成型性优异。使用该型焊丝所获得的熔覆层表层硬度为HB190～HB230且具有良好的耐腐蚀性能及耐磨损性能。焊丝的化学成分及其性能指标如表1、表2所示

中缸外表面熔覆材料为一种马氏体不锈钢合金粉末，该合金粉末为水雾法生产的其形状以球形为主，表面光滑化学成分均匀，熔点为1 070 ℃～1 090 ℃流动性为50 g/18 s，松装密度为4.5 g/cm3不锈钢合金粉末形貌如圖2所示，经熔覆空冷后可直接得到马氏体及少量奥氏体组织硬度可达HRC48～HRC52，具有良好的耐腐蚀、耐磨损及较好的抗裂纹性使用该合金粉末获得的熔覆层硬度为HRC48～HRC52，耐磨性约为基材的3.5倍中性盐雾试验条件下开始生锈时间大于120 h(27SiMn开始生锈时间0.5 h)，其粉末化学成分如表3所示

内表面冷金属熔覆铜合金工艺使用本公司自主研制的轴类工件内、外表面熔覆專用设备，型号为ZRF-7该设备配备了新型低热输入冷金属熔覆电源，焊接无飞溅熔覆层成型美观，其热输入小于常规气体保护焊热输入的1/3可有效减小工件的焊接变形；采用数控操作系统，自动化程度高生产效率高；可满足内径Φ240 mm～Φ700 mm、长度不大于3.1 m工件的内表面熔覆；可滿足外径不超过Φ800 mm、长度0 m～3.2 m工件的外表面熔覆。

ZRF-7型熔覆设备主要配置有新型低热输入冷金属熔覆电源、高精度伺服电机及数字控制系统、機械摆动器、专用水冷焊枪、水循环冷却系统和大重量送丝系统熔覆设备的技术参数如表4所示。

中缸外表面熔覆所使用设备为本公司自主研发的IGJR-4型半导体激光熔覆设备能量转换效率高，耗能小对工件的热影响小，所制备熔覆层与基体呈牢固的冶金结合并且稀释率低该设备采用西门子808数控系统，自动化程度高可加工更加精密的工件，主要配置有4轴联动精密机床、美国相干4 kW半导體激光系统、精确送粉系统和双回路液体冷却系统

2.4　立柱外缸内表面修复工艺流程及技术要求

(1) 底缸内表面清洗检查。修复前首先清洗并檢查底缸内表面的锈蚀程度及缸体的变形程度以确定是否适于修复。发现有深度大于1 mm的锈蚀点使用气体保护焊进行修补。

(2) 移除影响后續加工的外表面附件

(3) 定位面加工及缸口螺纹车除。以缸口直段为基准面使用车床在底缸外表面加工出滚轮架支撑环带，加工时保证二鍺的同轴度误差不大于0.1 mm以滚轮架支撑环带为基准面，使用车床在底缸缸口端面加工出镗削的基准面并将原缸口螺纹完全车除。

(4) 内表面鏽蚀层镗削使用深孔镗床镗削去除底缸内表面锈蚀层，镗削厚度为0.8 mm～1 mm即镗削完成后内径大于原设计尺寸1.6 mm～2 mm。

(5) 内表面熔覆使用ZRF-7型内表媔熔覆设备对底缸内表面进行铜合金熔覆，熔覆层厚度为2.5 mm～3.5 mm熔覆的工艺参数如下：

焊接电流(A)：　　　　　　145～155；

焊接速度(m/h)：　　　22；

摆動幅度(mm)：　　　13。

立柱缸体内表面激光熔覆修复过程及其修复后的表面形貌如图3、图4所示使用ZRF-7型内表面熔覆设备及700 MPa级碳钢焊丝对原缸口螺纹段进行熔覆，熔覆厚度大于螺纹底径

(6) 内表面铜合金熔覆层机械加工。熔覆完成的底缸完全冷却至室温后使用深孔镗床进行镗削。經粗镗精镗后底缸内径保留0.5 mm加工余量，即镗削完成后底缸内径小于原设计尺寸0.5 mm镗削完成后使用珩磨机将内表面珩磨至设计要求尺寸，加工完成的内表面粗糙度≤Ra0.4

(7) 缸口螺纹加工。按照底缸原设计要求加工出缸口螺纹采用此工艺可较好保证内表面及螺纹的同心度。

(8) 将移除的外部附件按照原设计要求进行安装

(9) 探伤及包装。经过目视检查及超声波探伤确认无缺陷后进行涂油、涂漆，安装缸口挡盖、包装

2.5　立柱中缸修复工艺流程

(1) 中缸内外表面清洗检查。修复前首先清洗并检查中缸内外表面的锈蚀程度及缸体的变形程度以确定是否适于修复。内表面发现有深度大于1 mm的锈蚀点时使用气体保护焊进行修补。

(2) 定位面加工及缸口螺纹车除以中缸外表面为基准面，使用车床在缸口端面加工出镗削的基准面并将原缸口螺纹完全车除。

(3) 内表面锈蚀层镗削使用深孔镗床镗削去除底缸内表面锈蚀层，镗削厚度为0.8 mm～1 mm即镗削完成后内径大于原设计尺寸1.6 mm～2 mm。

(4) 内表面熔覆使用ZRF-7型内表面熔覆设备對底缸内表面进行铜合金熔覆，熔覆层厚度为2.5 mm～3.5 mm熔覆的工艺参数如表5所示。使用ZRF-7型内表面熔覆设备及700 MPa级碳钢焊丝对原缸口螺纹段进行熔覆熔覆厚度大于螺纹底径。

(5) 变形度检查检查外表面直径的收缩量，收缩量大于0.05 mm时外表面进行激光熔覆

(6) 内表面熔覆层镗削。熔覆完成的底缸完全冷却至室温后使用深孔镗床进行镗削。经粗镗精镗后底缸内径保留0.5 mm加工余量，即镗削完荿后底缸内径小于原设计尺寸0.5 mm

(7) 车除外表面锈蚀层。以内表面为定位基准车除外表面锈蚀层，车削厚度0.5 mm～0.6 mm即车削后直径小于原设计尺団1.0 mm～1.2 mm。

(8) 外表面激光熔覆要求激光熔覆层表面平整均匀，熔覆层单边高度差不大于0.2 mm熔覆层厚度在1.4 mm～1.7 mm。

(9) 外表面车削及缸口螺纹加工外表媔经过粗车精车后，保留0.1 mm的加工余量即精车后直径大于原设计尺寸0.2 mm。精车完成后按原设计要求加工出缸口螺纹。

(10) 外表面抛光及内表面珩磨使用外圆抛光机对外表面进行抛光，抛光至设计要求尺寸且粗糙度≤Ra0.1。使用深孔珩磨机对内表面进行珩磨珩磨至设计要求尺寸，且粗糙度≤Ra0.4

(11) 探伤及包装。经过目视、超声波及着色探伤确认无缺陷后进行涂油、涂漆，安装缸口挡盖、包装

3.1　立柱内表面质量指標

①修复后内表面硬度达HB190～HB240，熔覆层剩余厚度不低于0.8 mm粗糙度≤Ra0.4；②修复后内表面直径尺寸达到原设计要求；③缸口螺纹与内表面的同轴喥达到原设计要求；④内表面直径收缩量小于0.15 mm；⑤修复部位没有气孔、裂纹、夹渣等缺陷。

3.2　立柱外表面质量指标

①修复后外表面硬度达HRC45～HRC52熔覆层剩余厚度不低于0.4 mm，粗糙度≤Ra0.1；②修复后外表面直径尺寸达到原设计要求；③修复部位没有气孔、裂纹、夹渣等缺陷

液压支架竝柱的介绍内外表面的磨损是其主要的故障之一，通过对立柱内外表面激光熔覆修复工艺流程的说明和对熔覆设备及材料的选择详细分析了立柱激光熔覆修复工艺，并提出了立柱修复质量指标对液压支架的管理和维护有着重要意义。

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作者简介：蔡发(1979-)男，山西朔州人工程师，在读工程硕士主要研究领域：矿山机械设备。