杨昊彬，杨阿盼

（河南中车重型装备有限公司煤机技术质量部，河南义马 472300）

0 引言

煤矿用液压支架大修时，很多部件在经过煤矿井下的湿热、瓦斯、粉尘及煤炭自身的各种有害化学成分侵蚀、高强度地质压力作用等复杂条件下，长期使用后会出现非常严重的腐蚀、磨损、断裂、变形等损坏，需要更换或再制造。其中结构件的铰接销轴，作为主要受力和转动零件，由于没有轴承和封闭设计，与结构件及进入配合间隙的矿物杂质、水分长期强力摩擦和腐蚀，是损坏最严重的部件之一。在维修拆检中发现，液压支架所有销轴都会出现不同程度的磨损、锈坑、犁坑现象，机械性能降低，情况严重的会出现弯曲、断裂现象，报废率超过80%（图1）。

图1 严重腐蚀、磨损的销轴

制造液压支架铰接销轴一般使用30CrMnTi、40Cr、30CrMnSiA 等合金结构钢，经过淬火—回火热处理后，强度和硬度可达到35～42 HRC。一般情况下，销轴表面采用电镀锌工艺防腐，镀锌层厚度0.008～0.015 mm。正常情况下，销轴的设计强度及寿命能够满足液压支架的使用要求。然而在长期使用后，销轴会出现非常严重的腐蚀、磨损甚至断裂等严重损坏现象，导致故障率提升，液压支架难以正常工作。液压支架大修时需要更换大量新的销轴，甚至由于销轴严重生锈导致大修时液压支架难以拆解，部分销轴甚至需要用火焰切割进行破坏性拆解，从而大大提升维修成本。

借鉴于激光熔覆技术在液压支架立柱[1]上的成功应用，本文对激光熔覆技术在销轴再制造方面的可行性进行分析和研究，以验证激光熔覆技术能否解决液压支架大修中更换销轴成本过高的问题。

1 激光熔覆技术的材料和工艺

1.1 熔覆用合金粉末成分选择

激光熔覆常用的合金粉末有基体合金粉末[2]、Fe 基合金粉末[3]、Ni 基合金粉末[4]等。

（1）基体合金粉末可以通过激光熔覆得到一层与基体化学成分相同、硬度更高的熔覆层[5]，使零件具备更好的耐磨性能，但是还需要对零件采取电镀或其他防腐措施，如果应用于销轴再制造，则无法直接解决销轴腐蚀问题。

（2）Fe 基合金熔覆层通常含有10.5%以上的Ni，以及Cr、Mo 等成分，形成各种不锈钢熔覆层，使零件具有更好的耐腐蚀性。其中奥氏体不锈钢可以通过机加工提高表面硬度[6]，如果选择合适的熔覆金属和工艺参数，能够形成硬度较高的马氏体不锈钢[7]，使零件具有良好的耐磨性。通常情况下，Fe 基激光熔覆层会形成一种包含奥氏体、铁素体和马氏体的多相合金，控制工艺参数和粉末化学成分配比，能得到各种不同性能的熔覆层。

（3）Ni 基合金粉末通过合适的激光熔覆工艺参数，熔覆层硬度可以达到771 HV0.2，熔覆层内无气孔，形成耐腐蚀和耐磨性能优良的熔覆层[8]，是高性能零件的优选方案。如果Ni 基合金粉末与WC 合金粉末混合熔覆，能够形成更高硬度的复合熔覆层，但是Ni 和WC 的价格均较高，提升了激光熔覆的成本。

液压支架销轴设计硬度一般为35～42 HRC，维氏硬度为330～400 HV，因此熔覆层硬度应大于该硬度，否则反而会降低销轴的耐磨性能。由于激光熔覆技术是一个冶金过程，可以通过调整工艺参数改善合金微观结构，使基体合金粉末熔覆、Ni 基合金及Ni 基复合熔覆层都能达到此要求。其中Ni 基及其和WC的复合熔覆层比较容易获得更高的硬度，而Fe 基合金粉末熔覆形成的不锈钢，可以通过加大激光功率来提高熔覆层硬度，当激光功率达到2.4 kW 时，熔覆层硬度可达到647.64 HV[9]，也能够获得非常好的耐磨性。

综合以上3 种熔覆合金的特点，从性能和成本考虑，选择Fe基合金激光熔覆不仅能满足销轴耐腐蚀、耐磨性能的要求，还具有较低的成本，比较适合用于液压支架销轴的再制造，是性价比较高的一种方案。

1.2 激光熔覆技术的选择

目前可以选择的激光熔覆技术有常规激光熔覆和超高速激光熔覆。有研究表明，超高速激光熔覆技术与常规激光熔覆技术在使用Fe 基合金熔覆时都能满足液压支架销轴的耐磨性能和耐腐蚀性能要求，但是超高速激光熔覆技术获得的熔覆层耐腐蚀耐磨性能更好[10]，而且超高速激光熔覆速率比常规激光熔覆的熔覆速率高40～100 倍，且热影响区小，对基体的机械性能影响非常小，单层熔覆厚度比常规熔覆技术更小，应优先选择。

第一，小学语文教学中经典诵读时间过短。当下由于小学语文课堂教学时间有限，教师难以保证课堂教学中经典诵读所占的时间比重，长此以往学生会逐渐对经典诵读失去学习积极性与主动性。与此同时，经典诵读是一个长期不间断的学习过程，但是小学阶段大部分的经典诵读都是由教师组织进行的，很难保证经典诵读的连贯性与持续性，致使课堂教学效果与教学效率较低。

2 销轴激光熔覆工艺流程

2.1 激光熔覆对象的挑选

液压支架大修时，应对拆解下来的销轴进行严格挑选，没有裂纹、断裂和明显弯曲等功能和性能严重损伤的旧销轴，方可使用激光熔覆技术进行再制造。目前，激光熔覆技术还不能修复这些情况所造成的零件失效。

由于激光熔覆技术的成本较高，而新制销轴的加工工艺较为简单，可以核算和对比新制销轴成本和激光熔覆成本，选择一定大小范围的销轴进行激光熔覆。一般情况下，对直径100 mm以上的销轴进行激光熔覆的性价比相对更高。

2.2 销轴再制造工艺流程

经过挑选的销轴，可按照车削→磨削→激光熔覆→磨削或车削的工艺流程进行再制造。

旧销轴被严重腐蚀、磨损的表面经过车削后，表面的凹坑、锈坑、划伤、磨损、犁坑等损伤全部被车掉，如果设计熔覆层厚度在0.2 mm 以下时，采用高速激光熔覆技术，基体的表面粗糙度会影响熔覆层耐腐蚀性能[11]，此时须经过磨削使机加工表面粗糙度低于Ra1.6 μm，在进行激光熔覆前，要保证被熔覆表面光滑、清洁，没有任何锈迹、斑坑、污迹，以免对冶金过程造成不良影响。

经过机加工处理后再对销轴表面进行激光熔覆。根据需求选择合适的合金粉末熔覆和激光熔覆技术，采用合适的激光功率、扫描速度、送粉速度等工艺参数，使合金粉末和基体形成良好的冶金结合。冶金形成的合金组织细密、均匀，无气孔和裂纹，从而得到性能优良的熔覆层。

初始的激光熔覆层表面粗糙度较高，需要再经过车削或磨削机加工后，才能使销轴达到设计直径尺寸和粗糙度。采用超高速激光熔覆技术获得的熔覆层表面粗糙度更低，厚度更薄，一般只需要磨削即可达到要求，而磨削的加工精度更高，获得的表面粗糙度更低，能够减少销轴的摩擦，从而减缓销轴的磨损。

3 熔覆销轴性能试验

使用Fe 基合金粉末和常规激光熔覆技术，对挑选出的旧销轴进行熔覆修复，样品检测结果如下：

图2 磨削后的激光熔覆层

（2）使用洛氏硬度计检测销轴各处的硬度在原设计硬度35～42 HRC 范围。

（3）熔覆层硬度检测。由于熔覆层比较薄（一般在3 mm以下），用超声波硬度计[12]检测熔覆层硬度不会损伤熔覆层，检测结果显示，Fe 基合金熔覆层硬度均在350 HV 以上。结合之前的研究可知，调整合金配比和工艺参数，尽量使熔覆层组织包含更多的马氏体，还可以得到更高硬度的Fe 基合金熔覆层，使销轴具有比原设计新制销轴更高的耐磨性。

（4）使用蓝点法[13]对熔覆层进行孔隙率试验，没有发现任何裂纹和气孔。

（5）24 h 和168 h 中性盐雾试验[14]结果显示熔覆层未发生锈蚀，耐腐蚀性能符合预期要求。

由于激光熔覆所使用的Fe 基合金粉末主要成分为Fe、Ni、Mo、Cr 等，在销轴表面形成的熔覆层为耐腐蚀性能良好的不锈钢，而且熔覆层厚度远超通常使用的销轴镀锌层的厚度（0.008～0.015 mm），而且熔覆层硬度高，较之镀锌层更不易磨损脱落，从而更好地保护销轴，更加不容易被腐蚀，可以极大提高销轴的使用寿命。

另外，激光熔覆技术还无法恢复旧销轴的耐久性能，对于达到或接近疲劳寿命[15]的销轴无法恢复其材料的使用寿命，如果不注意这种情况，在长期使用中，看似完好的销轴仍有可能发生断裂故障，因此在销轴接近理论的疲劳极限时，仍需要更换新的销轴。

4 结束语

经过对激光熔覆技术所用的多种合金材料和两种激光技术的分析对比得出，选择Fe 基合金激光熔覆技术对液压支架旧销轴进行再制造，既可以减少电镀这种高耗能、高污染的工艺，也能够以较低的代价，修复煤矿井下严峻条件导致的销轴磨损、腐蚀、犁坑缺陷，经过激光熔覆再制造的销轴，能够获得更好的耐磨耐腐蚀性能，减少液压支架使用中的失效情况，更可以节省液压支架的修理成本，是一种具备良好经济效益和社会效益的先进工艺技术，为液压支架的大修再制造提供了一个更佳的选择方案。