激光熔覆技术在液压支架立柱修理中的应用

引言：

激光熔覆技术作为一种先进的材料表面改性与修复技术，近年来在机械制造、航空航天等领域得到广泛应用，并逐渐在液压支架立柱修理中崭露头角。该技术通过在受损立柱表面熔覆一层高性能合金材料，可显著改善立柱表面性能，提高其耐磨性、耐腐蚀性以及疲劳强度，为液压支架立柱修理提供了一种高效、优质且环保的解决方案。

1 激光熔覆技术原理

激光熔覆是利用高能激光束作为热源，以不同方式（如同步送粉或预置粉末）将特定合金粉末输送至待修复的基体表面，在激光束辐照下，合金粉末与基体表面一薄层材料迅速熔化，随后快速凝固，从而在基体表面形成与基体呈冶金结合的熔覆层。在这一过程中，激光束能量高度集中，作用时间极短，使得基体热影响区极小，有效避免了基体因过热产生的变形、组织性能恶化等问题。同时，由于熔覆层与基体之间形成了牢固的冶金结合，其结合强度远高于传统表面处理方法（如电镀、喷涂等）所获得的涂层，能够承受更大的载荷与复杂工况。此外，通过合理选择合金粉末成分与工艺参数，可精确调控熔覆层的组织与性能，满足不同工况对立柱表面性能的多样化需求，如制备高硬度、高耐磨性的熔覆层以应对磨损工况，或制备耐腐蚀性能优异的熔覆层以适应高湿度、酸性等腐蚀环境。

2 激光熔覆技术在液压支架立柱修理中的应用分析

2.1 立柱表面预处理

在进行激光熔覆之前，需对待修理的液压支架立柱表面进行全面预处理，这是确保熔覆层质量的关键步骤。首先，运用磁粉探伤、超声波探伤等无损检测手段，精确检测立柱表面及内部缺陷，如裂纹深度、长度以及分布情况，同时测量立柱的磨损量、变形量等参数，为后续制定修复方案提供依据。对于存在变形的立柱，采用机械校直或热校直等方法使其恢复至设计尺寸精度范围内。接着，通过车削、磨削等机械加工方式，去除立柱表面的原有涂层（如电镀层）、锈蚀层以及疲劳损伤层，确保熔覆区域表面平整，粗糙度符合激光熔覆工艺要求，一般表面粗糙度控制在Ra3.2–Ra6.3μm 。最后，对加工后的表面进行严格的脱脂、除锈处理，常用方法有化学清洗、超声波清洗等，以保证熔覆表面清洁无油污、杂质，增强熔覆层与基体的结合力。

2.2 合金粉末选择

合金粉末的选择直接决定了熔覆层的性能，需根据液压支架立柱的服役工况及失效形式进行针对性筛选。对于主要面临磨损问题的立柱，可选用以WC（碳化钨）、Cr3C2（碳化铬）等硬质相增强的镍基、钴基或铁基合金粉末。例如，WC增强镍基合金粉末，WC颗粒硬度高、耐磨性好，均匀分布在镍基合金基体中，能显著提高熔覆层的耐磨性能，且镍基合金具有良好的韧性与耐腐蚀性，可综合提升立柱表面性能。若立柱在腐蚀环境中服役，优先选择含Cr（铬）、Ni（镍）、Mo（钼）等耐腐蚀元素含量较高的合金粉末，如镍铬钼合金粉末，这些元素在熔覆层表面形成致密的氧化膜，有效阻挡腐蚀介质侵蚀，增强熔覆层的耐腐蚀能力。同时，合金粉末的粒度也需严格控制，一般在 150-320 目之间，以保证送粉均匀性与熔覆过程稳定性。

2.3 激光熔覆工艺实施

将预处理后的立柱装夹在专用的数控加工设备上，确保立柱在熔覆过程中能够精确旋转与移动，以满足不同部位的熔覆需求。根据选定的合金粉末与立柱修复要求，调试激光熔覆设备的各项工艺参数，如激光功率、光斑直径、扫描速度、送粉速率等。例如，在熔覆一层厚度为 1.5mm 的镍基合金熔覆层时，可设定激光功率为 2000W ，光斑直径为 4mm ，扫描速度为 8mm/s ，送粉速率为 15g/min 。在熔覆过程中，通过同步送粉装置将合金粉末均匀送入激光束作用区域，激光束瞬间熔化合金粉末与立柱基体表面薄层，形成熔池，随着激光束按预设路径扫描，熔池快速凝固形成连续、致密的熔覆层。对于一些形状复杂或局部受损严重的部位，可采用多道搭接、分层熔覆等方式，确保熔覆层均匀覆盖且厚度满足设计要求，搭接率一般控制在 30%-50% ，以保证熔覆层的整体性与表面平整度。

2.4 后处理与质量检测

熔覆完成后，由于熔覆层表面粗糙度较大，需进行后续机械加工，通常采用磨削加工工艺，将熔覆层表面粗糙度降低至 Ra0.8–Ral.6μm ，同时保证立柱尺寸精度恢复至设计标准。随后，对修复后的立柱进行全面质量检测。外观检测主要检查熔覆层表面是否存在气孔、裂纹、剥落等缺陷；利用硬度计检测熔覆层不同部位的硬度，确保硬度值符合设计要求，如耐磨熔覆层硬度一般要求达到HRC50-HRC60；采用超声波探伤、渗透探伤等无损检测手段，检测熔覆层与基体之间的结合情况以及内部是否存在未熔合、裂纹等缺陷。此外，还可通过模拟实际工况的磨损试验、腐蚀试验等，进一步评估熔覆层的性能，只有各项检测指标均合格的立柱才能投入使用。

3 激光熔覆工艺参数优化分析

激光熔覆工艺参数对熔覆层质量与性能影响显著，且各参数之间相互关联、相互制约，需进行系统优化。激光功率决定了单位面积上的能量输入，功率过高，会导致基体熔化深度过大，稀释率增加，降低熔覆层性能，同时可能引起立柱变形；功率过低，则合金粉末无法充分熔化，导致熔覆层结合不牢、出现孔洞等缺陷。光斑直径影响熔覆层的宽度与能量分布，较大光斑可提高熔覆效率，但会使能量密度降低，影响熔覆层质量；较小光斑虽能获得高质量熔覆层，但效率较低。扫描速度与送粉速率需相互匹配，扫描速度过快，粉末来不及熔化，易出现未熔颗粒；扫描速度过慢，基体热输入过多，易产生变形与裂纹。送粉速率过高，会造成粉末堆积，影响熔覆层平整度；送粉速率过低，则熔覆层厚度不足。在实际应用中，常通过正交试验设计方法，选取多组不同的激光功率、光斑直径、扫描速度、送粉速率组合进行试验，以熔覆层的硬度、结合强度、稀释率、表面粗糙度等为评价指标，运用数据分析软件建立工艺参数与评价指标之间的数学模型，通过模型优化得到针对特定合金粉末与立柱修复要求的最佳工艺参数组合，从而提高熔覆层质量与性能的稳定性。

结束语：

激光熔覆技术作为一种先进、高效且环保的表面修复技术，在液压支架立柱修理中展现出巨大优势与应用潜力。通过精确控制工艺参数，合理选择合金粉末，能够在立柱表面制备出高质量、高性能的熔覆层，有效解决立柱磨损、腐蚀等失效问题，显著提升立柱的使用寿命与表面性能，降低维修成本，为煤矿安全生产与高效运营提供坚实保障。随着激光技术的不断发展与创新，以及对液压支架立柱服役工况研究的深入，激光熔覆技术在立柱修理领域将不断完善与拓展，有望进一步提高立柱修理质量与效率，推动煤矿综采设备维修技术的升级换代。

参考文献：

[1]激光熔覆技术在液压支架立柱再制造中的应用.高宇.煤矿现代化,2018(02)

[2]激光熔覆技术在液压支架再制造中的应用研究.白海明;凡乃峰;汤利利.煤矿机械,2022(06)

[3]激光熔覆技术修复液压支架立柱缸筒内表面的研究与应用.周建峰.中国设备工程,2024(24)