[發(fā)明專利]用于礦用液壓支架立柱的激光包覆焊工藝

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711415734.6
• 申請(qǐng)日: 2017-12-25
• 公開（公告）號(hào): CN108161224A
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 樊宇;張翀昊;顧俊偉;唐麗萍;王艷雙
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 常州天正智能裝備有限公司
• 主分類號(hào): B23K26/21
• 分類號(hào): B23K26/21;B23K26/70;B23K37/00
• 代理公司: 常州市權(quán)航專利代理有限公司 32280
• 代理人: 黃晶晶

本發(fā)明涉及一種用于礦用液壓支架立柱的激光包覆焊工藝，首次采用激光包覆焊技術(shù)來對(duì)液壓支架立柱表面進(jìn)行處理，用激光焊接代替激光熔覆，薄板帶材代替合金粉末，成本低廉，加工簡(jiǎn)便，加工得到的液壓支架立柱性能優(yōu)越，可以稱為第三代礦用液壓支架立柱表面處理技術(shù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于礦用液壓支架立柱的激光包覆焊工藝，屬于激光加工制造技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

煤炭行業(yè)是國(guó)家能源重要的支柱產(chǎn)業(yè)之一。液壓支架處于煤礦綜采工作面，起支護(hù)采場(chǎng)頂板、維護(hù)作業(yè)空間安全、推移工作面設(shè)備等作用。立柱是液壓支架中核心部件之一，是液壓支架實(shí)現(xiàn)支撐和承載的主要部件。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)煤礦支護(hù)設(shè)備大約2000萬余臺(tái)(套)，其投資費(fèi)用占整個(gè)采煤工作面成套設(shè)備總投資費(fèi)用的60％以上。其中，目前在用的單體液壓支架立柱1000多萬根，是世界上單體液壓支架使用最多的國(guó)家，年需量已達(dá)10萬根以上。立柱是液壓支架設(shè)備中的易損件，煤礦嚴(yán)重的腐蝕環(huán)境直接影響著立柱的使用壽命，使其在使用過程中出現(xiàn)磨損、腐蝕、變形等現(xiàn)象，從而導(dǎo)致液壓系統(tǒng)失效，延誤生產(chǎn)進(jìn)度。因此，研發(fā)與制造性能優(yōu)異、使用壽命長(zhǎng)、成本低廉的高質(zhì)量液壓支架立柱成為煤炭生產(chǎn)的發(fā)展趨勢(shì)與關(guān)鍵技術(shù)。

液壓支架立柱的工況條件苛刻，主要是在重載、振動(dòng)、沖擊、摩擦和介質(zhì)腐蝕等條件下工作。此外，整體設(shè)備處于粉塵、水汽及有害氣體的包圍中，潤(rùn)滑條件差。研究表明，液壓支架立柱的主要失效形式是腐蝕與磨損，因此立柱的外表面處理技術(shù)是影響液壓支架使用壽命的關(guān)鍵因素。

縱觀立柱表面處理技術(shù)的發(fā)展歷史，主流技術(shù)大致可以分為兩代。第一代表面處理技術(shù)為電鍍鉻與化學(xué)鍍技術(shù)，主要基于井下濕度大(濕度75％以上)，加上含S^2-等腐蝕物質(zhì)的粉塵及含有SO₂、H₂S、CO₂等有毒有害氣體形成的井下復(fù)雜特殊的酸、堿性(K⁺、Na⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Cl^–、SO₄²–等)腐蝕介質(zhì)等環(huán)境，采用乳白鉻或錫青銅打底再鍍硬鉻技術(shù)，進(jìn)而衍生出采用HEEF25(High Efficiency Etch Free)高效能無低電流區(qū)腐蝕電鍍超硬鉻技術(shù)，以及采用酸性溶液(ZnCl、HCl)和堿性溶液(ZnO、NiSO₄、NaOH和光亮劑)的電鍍鎳合金技術(shù)。化學(xué)鍍技術(shù)主要是在化學(xué)反應(yīng)溶液中添加還原劑，經(jīng)自催化電化學(xué)反應(yīng)而沉積出合金鍍層，其中具體包括化學(xué)鍍Ni-P和化學(xué)鍍Ni-P-B。研究表明，電鍍鉻與化學(xué)鍍技術(shù)經(jīng)熱處理后顯微硬度可達(dá)到1300HV左右。但是，第一代表面處理技術(shù)不僅會(huì)產(chǎn)生含重金屬離子的電鍍廢水和各類酸霧廢氣，對(duì)操作工人的健康危害極大，環(huán)境污染十分嚴(yán)重，而且鉻是一種戰(zhàn)略性稀缺資源，不可再生。鍍鉻技術(shù)初期防腐性能較好，但鍍層存在的致命弱點(diǎn)(孔隙和裂紋)容易造成腐蝕，影響立柱使用壽命，增加液壓支架整體維護(hù)成本，嚴(yán)重則將危及液壓支架產(chǎn)品的使用安全性。

第二代的表面處理技術(shù)為等離子噴涂與激光熔覆技術(shù)，其本質(zhì)均為粉末加工技術(shù)，尤其是近年來興起的激光熔覆技術(shù)均具有熔覆層與基材結(jié)合牢固、組織致密等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)此技術(shù)處理后的立柱性能遠(yuǎn)優(yōu)于第一代的技術(shù)，目前受到廣泛的關(guān)注。針對(duì)液壓支架立柱基材27SiMn鋼，學(xué)者經(jīng)過長(zhǎng)期研究陸續(xù)開發(fā)了Ni60、3580Ni基、Ni60+WC、Ni60+WC-Co、NiCrBSi+WC等合金粉末，利用CO₂激光器、Nd:YAG激光器、Diode半導(dǎo)體激光器、及Fiber光纖激光器，通過同軸送粉或旁軸送粉裝置，在基材表面熔覆合金涂層并實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合。但是，第二代表面處理技術(shù)采用合金粉末作為原材料，粉末制作存在成本高、周期長(zhǎng)等一系列的缺點(diǎn)，且粉末加工容易出現(xiàn)氣孔、裂紋等缺陷，熱加工過程易產(chǎn)生殘余應(yīng)力，此外生產(chǎn)過程中，空氣中會(huì)懸浮顆粒物增多，對(duì)操作工人的健康危害很大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種成本低廉、加工方便的用于礦用液壓支架立柱的激光包覆焊工藝。