CN104475949B - 一种外送丝等离子熔敷加工液压支架立柱的方法 - Google Patents

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Abstract

一种外送丝等离子熔敷修复液压支架立柱的方法，能提高立柱的耐磨和耐腐蚀性能，提高生产效率，延长寿命。方法是1)对液压支架立柱进行除锈、清洗工作；2)对立柱进行加工，在立柱的旋转运动及等离子枪线性轴的进给运动配合下，采用外送药芯焊丝的方式对工件进行熔敷；3)对熔敷层表面经行机械加工至镜面光泽度。喷嘴到立柱表面的距离5～10mm，转移弧电流100～130A，电压为20～50V，熔敷速度200～380mm/min，立柱的旋转速度为0.5～2r/min，送丝速度1～3cm/s，搭接率20％～40％，焊丝药粉为：高碳铬铁：1～2.5wt.％，金属铬粉：18～23wt.％，金属镍粉：10～15wt.％，钼铁：9～14wt.％，45#硅铁：1～2.5wt.％，金属锰：2～4wt.％，硼铁：6.0～15.3wt.％，余量铁粉。

Description

一种外送丝等离子熔敷加工液压支架立柱的方法
一、技术领域
本发明属材料加工领域，是一种外送丝等离熔敷加工液压支架立柱的方法及所用药芯焊丝的制备。
二、背景技术
我国是主要的煤炭生产国，作为综采面的核心设备，液压支架能可靠而有效地支撑和控制工作面的顶板，隔离采空区，防止矸石进入回采工作面和推进输送机，其工作面成套设备成本的60％用于液压支架投入，然而井下复杂恶劣的工作环境对液压支架立柱的使用寿命提出了挑战，立柱使用1～3年后就需对其修复，严重的甚至报废，远低于液压支架整体的使用寿命，降低了企业的生产效率。所以对立柱活塞杆的修复再制造技术进行优化具有很高的经济效益和社会价值。
目前国内液压支架立柱的加工制造还是以传统的电镀硬铬为主，然而这种工艺耐蚀性较差，同时环境污染、产生的Cr(VI)会对人体造成危害；公告102677045A，102672159A，102675940A，102677043A，102242361A等专利均采用激光熔敷+粉末的方法对液压支架立柱活塞杆进行修复，提高了其使用寿命，但这种工艺成本高，能耗大，同时存在气孔和微裂纹的问题，推广有阻力；公告103233225A专利采用等离子熔敷+粉末方法加工液压支架活塞杆，降低了成本，其中使用的是同步送粉的方式，相对外送丝的工艺，长时间送粉会在等离子枪口产生堵嘴现象，同时送粉没有送丝对粉末的利用率高。
本发明克服了激光熔敷工艺成本高、能耗大以及气孔和微裂纹的问题，同时相对等离子熔敷+粉末的方式提高的粉末的利用率，减少了堵嘴的现象。提高了液压支架的修复效率及使用性能。
三、发明内容
针对上述情况，为克服现有技术缺陷，本发明提供了一种外送丝等离子熔敷+高硬度高耐磨药芯焊丝加工液压支架立柱的方法，药芯焊丝采用外送丝的方式。这种复合加工制造的工艺方法，可有效提高了液压立柱表面耐磨耐腐蚀性能，降低了成本，提高了生产效率。
具体地，本发明所提供的技术方案如下：
在液压支架立柱表面上，利用等离子弧产生的热源，熔化外送至熔池的药芯焊丝，最终形成1～3mm厚的等离子熔敷层；熔敷过程中的转移弧电流为100～130A，喷嘴到立柱表面的距离5～10mm；熔敷速度200～380mm/min，送丝速度1～5cm/s；
所述等离子熔敷所用的药芯焊丝药芯粉末成分为：
各种药粉的重量百分比含量：高碳铬铁：1～2.5wt.％，金属铬粉：18～23wt.％，金属镍粉：10～15wt.％，钼铁：9～14wt.％，45#硅铁：1～2.5wt.％，金属锰：2～4wt.％，硼铁：6.0～15.3wt.％，余量为还原铁粉；
将上述焊丝轧制、成形、拉拔减径，药芯焊丝的填充率为28～38％，钢带选用16～8×0.6～0.3mm的304L不锈钢带，最终获得直径为1.2～2.4mm的药芯焊丝。
结合图2中可以看出，本发明在具体生产时，利用等离子枪产生的等离子弧作为热源，熔化外送至熔池的药芯焊丝，最终形成等离子熔敷层，参见图1。
综合上述技术方案确定具体的实现步骤如下：
(1)对液压支架立柱进行除锈、清洗工作；
(2)将立柱装入等离子熔敷机床，并使其稳固；
(3)调节喷嘴的外置距离立柱表面的高度为5～10mm，转移弧电流100～130A，电压为20～50V，熔敷速度200～380mm/min，立柱的旋转速度为0.5～2r/min，送丝速度1～5cm/s，离子气300～420L/h，保护气180～240L/h，在立柱的旋转运动及等离子枪线性轴的进给运动配合下，采用外送药芯焊丝的方式对工件进行熔敷；
(4)对立柱表面进行机械加工至镜面光泽度。
本发明中各种元素的作用：
碳(C)的加入可以提高钢的强度，硬度和耐磨性，但是钢中碳含量超过0.20％后，耐腐蚀性变差，因此用于液压支架立柱修复的药芯焊丝中含碳量应该低于0.20％，本发明中药芯焊丝中碳含量控制在0.15％以下。
铬(Cr)的加入是等离子熔敷层具有良好的耐腐蚀性能，同时可以形成碳化物和硼化物以提高熔敷层的硬度与耐磨性。镍(Ni)的加入可以提高等离子熔敷层的耐腐蚀性能和塑韧性。
钼(Mo)是不锈钢中除了铬、镍以为另一个重要的合金元素。一定量的钼可以使熔覆金属具有一定的耐晶间腐蚀能力。
硼(B)的加入可以在熔敷金属中形成硼化物，从而提高钢的硬度和耐磨性。
硅(Si)、锰(Mn)是良好的脱氧剂和脱硫剂，同时硅还能提高熔敷金属的强度和硬度，一定量的锰可以消除或减弱由于硫引起的钢的热脆性。
本发明达到的有益效果：
根据技术方案所述的等离子熔敷方法，采用外送药芯焊丝的形式对液压支架立柱进行加工，稀释率低，对粉末的利用率高，等离子熔敷层与基材形成了冶金结合，同时得到了良好的硬度、耐磨和耐腐蚀性。与激光熔敷相比，大大降低了成本。同时，在本发明的技术方案中，由于采用了外送丝的形式进行等离子熔敷，所以连续工作时间可以很长，然而，如果等离子熔敷采用同步送粉的形式，那么喷嘴会经常堵嘴，连续工作时间较短，降低了生产效率。
与激光熔敷+粉末的工艺方法相比：采用外送药芯焊丝等离子熔敷的工艺方法，设备操作与维护简单，对粉末的利用率高，生产效率高，耗电少，大大降低了成本。
与PTA+粉末的工艺方法相比：采用外送药芯焊丝等离子熔敷的工艺方法，长时间送粉不会对等离子枪口产生堵嘴现象，同时送丝比送粉对粉末的利用率高。
四、附图说明
图1是液压支架立柱的加工流程图
图2是外送丝等离子熔敷加工液压支架立柱的一个简化主视图
图中各代号含义：1-液压支架立柱，2-等离子枪，3-药芯焊丝，4-加工后的熔敷层。
五、具体实施方式
实施例一
1对液压支架立柱进行除锈、清洗工作；
2将立柱装入等离子熔敷机床，并使其稳固；
3调节喷嘴的外置距离立柱表面的高度为8mm，转移弧电流110A，熔敷速度300mm/min，送丝速度1.5cm/s，在立柱的旋转运动及等离子枪线性轴的进给运动配合下，采用外送药芯焊丝的方式对工件进行熔敷；
4所用药芯焊丝的制备材料：钢带采用8×0.3mm的304L不锈钢钢带，填充率为33％，药粉成分为：高碳铬铁(碳含量9％，铬含量69％)：1.3wt.％，金属铬粉：19wt.％，金属镍粉：11.5wt.％，钼铁(钼含量60％)：11.5wt.％，45#硅铁(硅含量45％)：2.2wt.％，金属锰：3.5wt.％，硼铁(硼含量28％)：6.57wt.％，余量还原铁粉，其中，以上各种药粉的含量为重量百分比含量。
对立柱表面进行机械加工至镜面光泽度。
实施例二
1对液压支架立柱进行除锈、清洗工作；
2将立柱装入等离子熔敷机床，并使其稳固；
3调节喷嘴的外置距离立柱表面的高度为9mm，转移弧电流105A，熔敷速度280mm/min，送丝速度1.4cm/s，在立柱的旋转运动及等离子枪线性轴的进给运动配合下，采用外送药芯焊丝的方式对工件进行熔敷；
4所用药芯焊丝的制备材料：钢带采用8×0.3mm的304L不锈钢钢带，填充率为35％，药粉成分为：高碳铬铁(碳含量9％，铬含量69％)：1.7wt.％，金属铬粉：21wt.％，金属镍粉：12.3wt.％，钼铁(钼含量60％)：10wt.％，45#硅铁(硅含量45％)：1.5wt.％，金属锰：2.6wt.％，硼铁(硼含量28％)：10.2wt.％，余量还原铁粉，其中，以上各种药粉的含量为重量百分比含量。实施例三
1对液压支架立柱进行除锈、清洗工作；
2将立柱装入等离子熔敷机床，并使其稳固；
3调节喷嘴的外置距离立柱表面的高度为10mm，转移弧电流100A，电熔敷速度260mm/min，送丝速度1.3cm/s，在立柱的旋转运动及等离子枪线性轴的进给运动配合下，采用外送药芯焊丝的方式对工件进行熔敷；
4所用药芯焊丝的制备材料：钢带采用8×0.3mm的304L不锈钢钢带，填充率为34％，药粉成分为：高碳铬铁(碳含量9％，铬含量69％)：2.7wt.％，金属铬粉：23wt.％，金属镍粉：14wt.％，钼铁(钼含量60％)：12.5wt.％，45#硅铁(硅含量45％)：1.0wt.％，金属锰：2wt.％，硼铁(硼含量28％)：15.3wt.％，余量还原铁粉，其中，以上各种药粉的含量为重量百分比含量。实施例四
1对液压支架立柱进行除锈、清洗工作；
2将立柱装入等离子熔敷机床，并使其稳固；
3调节喷嘴的外置距离立柱表面的高度为7mm，转移弧电流115A，电熔敷速度230mm/min，送丝速度1.1cm/s，在立柱的旋转运动及等离子枪线性轴的进给运动配合下，采用外送药芯焊丝的方式对工件进行熔敷；
4所用药芯焊丝的制备材料：钢带采用8×0.3mm的304L不锈钢钢带，填充率为35％，药粉成分为：高碳铬铁(碳含量9％，铬含量69％)：1.4wt.％，金属铬粉：18wt.％，金属镍粉：12wt.％，钼铁(钼含量60％)：12wt.％，45#硅铁(硅含量45％)：2.0wt.％，金属锰：3.0wt.％，硼铁(硼含量28％)：6.0wt.％，余量还原铁粉，其中，以上各种药粉的含量为重量百分比含量
实施例五
1对液压支架立柱进行除锈、清洗工作；
2将立柱装入等离子熔敷机床，并使其稳固；
3调节喷嘴的外置距离立柱表面的高度为7.5mm，转移弧电流123A，电熔敷速度350mm/min，送丝速度2.0cm/s，在立柱的旋转运动及等离子枪线性轴的进给运动配合下，采用外送药芯焊丝的方式对工件进行熔敷；
4所用药芯焊丝的制备材料：钢带采用8×0.3mm的304L不锈钢钢带，填充率为30％，药粉成分为：高碳铬铁(碳含量9％，铬含量69％)：1.9wt.％，金属铬粉：20wt.％，金属镍粉：9.5wt.％，钼铁(钼含量60％)：11.5wt.％，45#硅铁(硅含量45％)：1.3wt.％，金属锰：2.4wt.％，硼铁(硼含量28％)：11.5wt.％，余量还原铁粉，其中，以上各种药粉的含量为重量百分比含量。实施例六
1对液压支架立柱进行除锈、清洗工作；
2将立柱装入等离子熔敷机床，并使其稳固；
3调节喷嘴的外置距离立柱表面的高度为9.5mm，转移弧电流129A，电熔敷速度370mm/min，送丝速度2.2cm/s，在立柱的旋转运动及等离子枪线性轴的进给运动配合下，采用外送药芯焊丝的方式对工件进行熔敷；
4所用药芯焊丝的制备材料：钢带采用8×0.3mm的304L不锈钢钢带，填充率为29％，药粉成分为：高碳铬铁(碳含量9％，铬含量69％)：2.8wt.％，金属铬粉：22.5wt.％，金属镍粉：14.5wt.％，钼铁(钼含量60％)：13wt.％，45#硅铁(硅含量45％)：1.2wt.％，金属锰：2.1wt.％，硼铁(硼含量28％)：14.0wt.％，余量还原铁粉，其中，以上各种药粉的含量为重量百分比含量。
对比例：采用液压支架立柱修复的商业激光熔敷粉末JG-2进行激光熔敷，工艺参数：功率1460W，扫描速度5mm/s，离焦量6mm，光斑5mm×5mm，保护气15L/min。
得到的熔敷层性能如下表
实施例及对比例中盐雾试验采用的是中国国家标准GB/T10125-1997，试验所用的腐蚀夜为氯化钠的水溶液，浓度为50g/L±5g/L，PH为6.5～7.2，温度为35℃±2℃，时间为168小时。

Claims (2)

1.一种外送丝等离子熔敷加工液压支架立柱的方法，具体步骤如下：
(1)对液压支架立柱(1)进行除锈、清洗工作；
(2)对立柱进行加工，在立柱的旋转运动及等离子枪(2)线性轴的进给运动配合下，采用外送药芯焊丝(3)的方式对工件进行熔敷，喷嘴到立柱表面的距离5～10mm，转移弧电流100～130A，电压为20～50V，熔敷速度200～380mm/min，立柱的旋转速度为0.5～2r/min，送丝速度1～3cm/s，搭接率20％～40％，离子气300～420L/h，保护气180～240L/h，其中离子气、保护气均为氩气；最终在工件表面形成1～3mm厚的熔敷层(4)；
(3)对立柱熔敷层(4)表面进行机械加工，最终使表面具有镜面光洁度；
其特征在于：所述药芯焊丝药粉重量百分比为：高碳铬铁：1～2.5wt.％，金属铬粉：18～23wt.％，金属镍粉：10～15wt.％，钼铁：9～14wt.％，45#硅铁：1～2.5wt.％，金属锰：2～4wt.％，硼铁：6.0～15.3wt.％，余量为铁粉。
2.按照权利要求1所述方法，其特征在于：
将上述焊丝轧制、成形、拉拔减径，药芯焊丝的填充率为28～38％，钢带选用16～8×0.6～0.3mm的304L不锈钢带，最终获得直径为1.2～2.4mm的药芯焊丝。
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