一種外送絲等離子熔敷加工液壓支架立柱的方法及所用藥芯焊絲的制備方法
【專利摘要】一種外送絲等離子熔敷修復(fù)液壓支架立柱的方法及所用藥芯焊絲的制備，能提高立柱的耐磨和耐腐蝕性能，提高生產(chǎn)效率，延長(zhǎng)壽命。方法是1)對(duì)液壓支架立柱進(jìn)行除銹、清洗工作；2)對(duì)立柱進(jìn)行加工，在立柱的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)及等離子槍線性軸的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)配合下，采用外送藥芯焊絲的方式對(duì)工件經(jīng)行熔敷；3)對(duì)熔敷層表面經(jīng)行機(jī)械加工至鏡面光澤度。噴嘴到立柱表面的距離5～10mm，轉(zhuǎn)移弧電流100～130A，電壓為20～50V，熔敷速度200～380mm/min，立柱的旋轉(zhuǎn)速度為0.5～2r/min，送絲速度1～3cm/s，搭接率20％～40％，離子氣300～420L/h，保護(hù)氣180～240L/h，離子氣、保護(hù)氣均為氬氣。焊絲藥粉為：高碳鉻鐵：1～2.5wt.％，金屬鉻粉：18～23wt.％，金屬鎳粉：10～15wt.％，鉬鐵：9～14wt.％，45#硅鐵：1～2.5wt.％，金屬錳：2～4wt.％，硼鐵：6.0～15.3wt.％，余量鐵粉。
【專利說(shuō)明】一種外送絲等離子熔敷加工液壓支架立柱的方法及所用藥 芯焊絲的制備 一、

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬材料加工領(lǐng)域，是一種外送絲等離熔敷加工液壓支架立柱的方法及所用 藥芯焊絲的制備。 二、

【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)是主要的煤炭生產(chǎn)國(guó)，作為綜采面的核心設(shè)備，液壓支架能可靠而有效地支 撐和控制工作面的頂板，隔離采空區(qū)，防止矸石進(jìn)入回采工作面和推進(jìn)輸送機(jī)，其工作面成 套設(shè)備成本的60%用于液壓支架投入，然而井下復(fù)雜惡劣的工作環(huán)境對(duì)液壓支架立柱的使 用壽命提出了挑戰(zhàn)，立柱使用1?3年后就需對(duì)其修復(fù)，嚴(yán)重的甚至報(bào)廢，遠(yuǎn)低于液壓支架 整體的使用壽命，降低了企業(yè)的生產(chǎn)效率。所以對(duì)立柱活塞桿的修復(fù)再制造技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化 具有很高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)價(jià)值。
[0003] 目前國(guó)內(nèi)液壓支架立柱的加工制造還是以傳統(tǒng)的電鍍硬鉻為主，然而這種工 藝耐蝕性較差，同時(shí)環(huán)境污染、產(chǎn)生的Cr(VI)會(huì)對(duì)人體造成危害；公告102677045A， 102672159A，102675940A，102677043A，102242361A等專利均采用激光熔敷+粉末的方法對(duì) 液壓支架立柱活塞桿進(jìn)行修復(fù)，提高了其使用壽命，但這種工藝成本高，能耗大，同時(shí)存在 氣孔和微裂紋的問(wèn)題，推廣有阻力；公告103233225A專利采用等離子熔敷+粉末方法加工 液壓支架活塞桿，降低了成本，其中使用的是同步送粉的方式，相對(duì)外送絲的工藝，長(zhǎng)時(shí)間 送粉會(huì)在等離子槍口產(chǎn)生堵嘴現(xiàn)象，同時(shí)送粉沒(méi)有送絲對(duì)粉末的利用率高。
[0004] 本發(fā)明克服了激光熔敷工藝成本高、能耗大以及氣孔和微裂紋的問(wèn)題，同時(shí)相對(duì) 等離子熔敷+粉末的方式提高的粉末的利用率，減少了堵嘴的現(xiàn)象。提高了液壓支架的修 復(fù)效率及使用性能。 三、


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)上述情況，為克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，本發(fā)明提供了一種外送絲等離子熔敷+高 硬度高耐磨藥芯焊絲加工液壓支架立柱的方法，藥芯焊絲采用外送絲的方式。這種復(fù)合加 工制造的工藝方法，可有效提高了液壓立柱表面耐磨耐腐蝕性能，降低了成本，提高了生產(chǎn) 效率。
[0006] 具體地，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案如下：
[0007] 在液壓支架立柱表面上，利用等離子弧產(chǎn)生的熱源，熔化外送至熔池的藥芯焊絲， 最終形成1?3mm厚的等離子熔敷層；熔敷過(guò)程中的轉(zhuǎn)移弧電流為100?130A，噴嘴到立 柱表面的距離5?IOmm ;恪敷速度200?380mm/min，送絲速度1?5cm/s ;
[0008] 所述等離子熔敷所用的藥芯焊絲藥芯粉末成分為：
[0009] 各種藥粉的重量百分比含量：高碳鉻鐵：1?2. 5wt. %，金屬鉻粉：18?23wt. %， 金屬鎳粉：10?15wt. %，鉬鐵：9?14wt. %，45#娃鐵：1?2. 5wt. %，金屬猛：2?4wt. %， 硼鐵：6. 0?15. 3wt. %，余量為還原鐵粉；
[0010] 將上述焊絲軋制、成形、拉拔減徑，藥芯焊絲的填充率為28?38%，鋼帶選用16? 8X0. 6?0. 3mm的304L不銹鋼帶，最終獲得直徑為1. 2?2. 4mm的藥芯焊絲。
[0011] 結(jié)合圖2中可以看出，本發(fā)明在具體生產(chǎn)時(shí)，利用等離子槍產(chǎn)生的等離子弧作為 熱源，熔化外送至熔池的藥芯焊絲，最終形成等離子熔敷層，參見(jiàn)圖1。
[0012] 綜合上述技術(shù)方案確定具體的實(shí)現(xiàn)步驟如下：
[0013] (1)對(duì)液壓支架立柱進(jìn)行除銹、清洗工作；
[0014] (2)將立柱裝入等離子熔敷機(jī)床，并使其穩(wěn)固；
[0015] (3)調(diào)節(jié)噴嘴的外置距離立柱表面的高度為5?10mm，轉(zhuǎn)移弧電流100?130A， 電壓為20?50V，恪敷速度200?380mm/min，立柱的旋轉(zhuǎn)速度為0. 5?2r/min，送絲速度 1?5cm/s，離子氣300?420L/h，保護(hù)氣180?240L/h，在立柱的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)及等離子槍線 性軸的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)配合下，采用外送藥芯焊絲的方式對(duì)工件經(jīng)行熔敷；
[0016] (4)對(duì)立柱表面進(jìn)行機(jī)械加工至鏡面光澤度。
[0017] 本發(fā)明中各種元素的作用：
[0018] 碳（C)的加入可以提高鋼的強(qiáng)度，硬度和耐磨性，但是鋼中碳含量超過(guò)0. 20%后， 耐腐蝕性變差，因此用于液壓支架立柱修復(fù)的藥芯焊絲中含碳量應(yīng)該低于〇. 20%，本發(fā)明 中藥芯焊絲中碳含量控制在0. 15%以下。
[0019] 鉻（Cr)的加入是等離子熔敷層具有良好的耐腐蝕性能，同時(shí)可以形成碳化物和 硼化物以提高熔敷層的硬度與耐磨性。鎳（Ni)的加入可以提高等離子熔敷層的耐腐蝕性 能和塑韌性。
[0020] 鉬（Mo)是不銹鋼中除了鉻、鎳以為另一個(gè)重要的合金元素。一定量的鉬可以使熔 覆金屬具有一定的耐晶間腐蝕能力。
[0021] 硼（B)的加入可以在熔敷金屬中形成硼化物，從而提高鋼的硬度和耐磨性。
[0022] 娃（Si)、猛（Mn)是良好的脫氧劑和脫硫齊I」，同時(shí)娃還能提高恪敷金屬的強(qiáng)度和硬 度，一定量的錳可以消除或減弱由于硫引起的鋼的熱脆性。
[0023] 本發(fā)明達(dá)到的有益效果：
[0024] 根據(jù)技術(shù)方案所述的等離子熔敷方法，采用外送藥芯焊絲的形式對(duì)液壓支架立柱 進(jìn)行加工，稀釋率低，對(duì)粉末的利用率高，等離子熔敷層與基材形成了冶金結(jié)合，同時(shí)得到 了良好的硬度、耐磨和耐腐蝕性。與激光熔敷相比，大大降低了成本。同時(shí)，在本發(fā)明的技 術(shù)方案中，由于采用了外送絲的形式進(jìn)行等離子熔敷，所以連續(xù)工作時(shí)間可以很長(zhǎng)，然而， 如果等離子熔敷采用同步送粉的形式，那么噴嘴會(huì)經(jīng)常堵嘴，連續(xù)工作時(shí)間較短，降低了生 產(chǎn)效率。
[0025] 與激光熔敷+粉末的工藝方法相比：采用外送藥芯焊絲等離子熔敷的工藝方法， 設(shè)備操作與維護(hù)簡(jiǎn)單，對(duì)粉末的利用率高，生產(chǎn)效率高，耗電少，大大降低了成本。
[0026] 與PTA+粉末的工藝方法相比：采用外送藥芯焊絲等離子熔敷的工藝方法，長(zhǎng)時(shí)間 送粉不會(huì)對(duì)等離子槍口產(chǎn)生堵嘴現(xiàn)象，同時(shí)送絲比送粉對(duì)粉末的利用率高。 四、【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0027] 圖1是液壓支架立柱的加工流程圖
[0028] 圖2是外送絲等離子熔敷加工液壓支架立柱的一個(gè)簡(jiǎn)化主視圖
[0029] 圖中各代號(hào)含義：1-液壓支架立柱，2-等離子槍，3-藥芯焊絲，4-加工后的熔敷 層。 五、【具體實(shí)施方式】
[0030] 實(shí)施例一
[0031] 1對(duì)液壓支架立柱進(jìn)行除銹、清洗工作；
[0032] 2將立柱裝入等離子熔敷機(jī)床，并使其穩(wěn)固；
[0033] 3調(diào)節(jié)噴嘴的外置距離立柱表面的高度為8mm，轉(zhuǎn)移弧電流110A，熔敷速度300mm/ min，送絲速度I. 5cm/s，在立柱的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)及等離子槍線性軸的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)配合下，采用外送 藥芯焊絲的方式對(duì)工件經(jīng)行熔敷；
[0034] 4所用藥芯焊絲的制備材料：鋼帶采用8X0. 3mm的304L不銹鋼鋼帶，填充率為 33%，藥粉成分為：高碳鉻鐵（碳含量9%，鉻含量69%) :1.3wt. %，金屬鉻粉：19wt. %，金 屬鎳粉：11. 5wt. %，鉬鐵（鉬含量 60% ) :11. 5wt. %，45# 硅鐵（硅含量 45% ) :2. 2wt. %， 金屬錳：3. 5wt. %，硼鐵（硼含量28% ) :6. 57wt. %，余量還原鐵粉，其中，以上各種藥粉的 含量為重量百分比含量。
[0035] 對(duì)立柱表面經(jīng)行機(jī)械加工至鏡面光澤度。
[0036] 實(shí)施例二
[0037] 1對(duì)液壓支架立柱進(jìn)行除銹、清洗工作；
[0038] 2將立柱裝入等離子熔敷機(jī)床，并使其穩(wěn)固；
[0039] 3調(diào)節(jié)噴嘴的外置距離立柱表面的高度為9mm，轉(zhuǎn)移弧電流105A，熔敷速度280mm/ min，送絲速度I. 4cm/s，在立柱的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)及等離子槍線性軸的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)配合下，采用外送 藥芯焊絲的方式對(duì)工件經(jīng)行熔敷；
[0040] 4所用藥芯焊絲的制備材料：鋼帶采用8X0. 3mm的304L不銹鋼鋼帶，填充率為 35%，藥粉成分為：高碳鉻鐵（碳含量9%，鉻含量69%) :L7wt· %，金屬鉻粉：21wt. %，金 屬鎳粉：12. 3wt. %，鉬鐵（鉬含量60% ) :10wt. %，45#硅鐵（硅含量45% ) :1. 5wt. %，金 屬錳：2. 6wt. %，硼鐵（硼含量28% ) :10. 2wt. %，余量還原鐵粉，其中，以上各種藥粉的含 量為重量百分比含量。
[0041] 實(shí)施例三
[0042] 1對(duì)液壓支架立柱進(jìn)行除銹、清洗工作；
[0043] 2將立柱裝入等離子熔敷機(jī)床，并使其穩(wěn)固；
[0044] 3調(diào)節(jié)噴嘴的外置距離立柱表面的高度為10mm，轉(zhuǎn)移弧電流100A，電熔敷速度 260mm/min，送絲速度I. 3cm/s，在立柱的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)及等離子槍線性軸的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)配合下，采 用外送藥芯焊絲的方式對(duì)工件經(jīng)行熔敷；
[0045] 4所用藥芯焊絲的制備材料：鋼帶采用8X0. 3mm的304L不銹鋼鋼帶，填充率為 34 %，藥粉成分為：高碳鉻鐵（碳含量9 %，鉻含量69 % ) : 2. 7wt. %，金屬鉻粉：23wt. %，金 屬鎳粉：14wt. %，鉬鐵（鉬含量60%) :12.5wt. %，45#硅鐵（硅含量45%) :1.0wt. %，金 屬錳：2wt. %，硼鐵（硼含量28 % ) : 15. 3wt. %，余量還原鐵粉，其中，以上各種藥粉的含量 為重量百分比含量。
[0046] 實(shí)施例四
[0047] 1對(duì)液壓支架立柱進(jìn)行除銹、清洗工作；
[0048] 2將立柱裝入等離子熔敷機(jī)床，并使其穩(wěn)固；
[0049] 3調(diào)節(jié)噴嘴的外置距離立柱表面的高度為7mm，轉(zhuǎn)移弧電流115A，電熔敷速度 230mm/min，送絲速度I. lcm/s，在立柱的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)及等離子槍線性軸的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)配合下，采 用外送藥芯焊絲的方式對(duì)工件經(jīng)行熔敷；
[0050] 4所用藥芯焊絲的制備材料：鋼帶采用8X0. 3mm的304L不銹鋼鋼帶，填充率為 35%，藥粉成分為：高碳鉻鐵（碳含量9%，鉻含量69%) :1.4wt. %，金屬鉻粉：18wt. %，金 屬鎳粉：12wt. %，鉬鐵（鉬含量60%) :12wt. %，45#硅鐵（硅含量45%) :2.0wt· %，金屬 錳：3. Owt. %，硼鐵（硼含量28%) :6. Owt. %，余量還原鐵粉，其中，以上各種藥粉的含量 為重量百分比含量
[0051] 實(shí)施例五
[0052] 1對(duì)液壓支架立柱進(jìn)行除銹、清洗工作；
[0053] 2將立柱裝入等離子熔敷機(jī)床，并使其穩(wěn)固；
[0054] 3調(diào)節(jié)噴嘴的外置距離立柱表面的高度為7. 5mm，轉(zhuǎn)移弧電流123A，電熔敷速度 350mm/min，送絲速度2. Ocm/s，在立柱的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)及等離子槍線性軸的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)配合下，采 用外送藥芯焊絲的方式對(duì)工件經(jīng)行熔敷；
[0055] 4所用藥芯焊絲的制備材料：鋼帶采用8X0. 3mm的304L不銹鋼鋼帶，填充率為 30%，藥粉成分為：高碳鉻鐵（碳含量9%，鉻含量69%) :1.9wt. %，金屬鉻粉：20wt. %，金 屬鎳粉：9. 5wt. %，鉬鐵（鉬含量 60% ) :11. 5wt. %，45# 硅鐵（硅含量 45% ) :1. 3wt. %， 金屬錳：2. 4wt. %，硼鐵（硼含量28 % ) : 11. 5wt. %，余量還原鐵粉，其中，以上各種藥粉的 含量為重量百分比含量。
[0056] 實(shí)施例六
[0057] 1對(duì)液壓支架立柱進(jìn)行除銹、清洗工作；
[0058] 2將立柱裝入等離子熔敷機(jī)床，并使其穩(wěn)固；
[0059] 3調(diào)節(jié)噴嘴的外置距離立柱表面的高度為9. 5mm，轉(zhuǎn)移弧電流129A，電熔敷速度 370mm/min，送絲速度2. 2cm/s，在立柱的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)及等離子槍線性軸的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)配合下，采 用外送藥芯焊絲的方式對(duì)工件經(jīng)行熔敷；
[0060] 4所用藥芯焊絲的制備材料：鋼帶采用8X0. 3mm的304L不銹鋼鋼帶，填充率為 29 %，藥粉成分為：高碳鉻鐵（碳含量9 %，鉻含量69 % ) : 2. 8wt. %，金屬鉻粉：22. 5wt. %， 金屬鎳粉：14. 5wt. %，鉬鐵（鉬含量60% ) :13wt. %，45#硅鐵（硅含量45% ) :1. 2wt. %， 金屬錳：2. lwt. %，硼鐵（硼含量28% ) :14. Owt. %，余量還原鐵粉，其中，以上各種藥粉的 含量為重量百分比含量。
[0061] 對(duì)比例：采用液壓支架立柱修復(fù)的商業(yè)激光熔敷粉末JG-2進(jìn)行激光熔敷，工藝參 數(shù)：功率1460W，掃描速度5mm/s，離焦量6mm，光斑5mmX 5mm，保護(hù)氣15L/min。
[0062] 得到的熔敷層性能如下表
[0063]

【權(quán)利要求】
1. 一種外送絲等離子熔敷加工液壓支架立柱的方法，其特征在于具體步驟如下： (1) 對(duì)液壓支架立柱（1)進(jìn)行除銹、清洗工作； (2) 對(duì)立柱進(jìn)行加工，在立柱的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)及等離子槍（2)線性軸的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)配合下，采 用外送藥芯焊絲（3)的方式對(duì)工件經(jīng)行熔敷，噴嘴到立柱表面的距離5?10mm，轉(zhuǎn)移弧電流 100?130A，電壓為20?50V，熔敷速度200?380mm/min，立柱的旋轉(zhuǎn)速度為0. 5?2r/ 1^11，送絲速度1?3〇11/8，搭接率20%?40%，離子氣300?4201711，保護(hù)氣180?24017 h，其中離子氣、保護(hù)氣均為氬氣；最終在工件表面形成1?3mm厚的熔敷層（4); (3) 對(duì)立柱熔敷層（4)表面進(jìn)行機(jī)械加工，最終使表面具有鏡面光潔度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述藥芯焊絲藥粉重量百分比為：高碳鉻 鐵：1?2. 5wt. %，金屬絡(luò)粉：18?23wt. %，金屬鎳粉：10?15wt. %，鉬鐵：9?14wt. %， 45#娃鐵：1?2. 5wt. %，金屬猛：2?4wt. %，硼鐵：6. 0?15. 3wt. %，余量為鐵粉。
3. 按照權(quán)利要求2所述方法，其特征在于： 將上述焊絲軋制、成形、拉拔減徑，藥芯焊絲的填充率為28?38%，鋼帶選用16? 8X0. 6?0. 3mm的304L不銹鋼帶，最終獲得直徑為1. 2?2. 4mm的藥芯焊絲。
【文檔編號(hào)】B23K35/30GK104475949SQ201410583416
【公開(kāi)日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年10月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月26日
【發(fā)明者】栗卓新, 丁衛(wèi)東, 李國(guó)棟 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)