本發(fā)明屬于機械再制造領(lǐng)域，具體涉及一種利用光纖激光強化修復礦山機械表面的方法。

背景技術(shù)：

我國仍面臨資源約束強化，應對氣候變化壓力加大的形勢，必須從源頭減少資源消耗和廢棄物排放，實現(xiàn)資源高效利用和循環(huán)利用，通過循環(huán)發(fā)展帶動綠色發(fā)展、低碳發(fā)展。隨著我國進入機械裝備報廢的高峰期，再制造產(chǎn)業(yè)在社會、資源、環(huán)境效益等方面的優(yōu)勢決定了發(fā)展再制造產(chǎn)業(yè)勢在必行，再制造作為國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，深入開展再制造技術(shù)研究已日益迫切。大力開展再制造及相關(guān)技術(shù)的研究符合基本國策，利國利民。

礦山機械表面再制造先后發(fā)展了電弧堆焊、電鍍、激光表面強化等方法。電弧堆焊通常采用手工焊條或者TIG焊，這種方法操作簡單，靈活，比較適合現(xiàn)場局部損傷修復；但其生產(chǎn)效率低，并且電弧焊接熱輸入較大，對基體熱影響較大，表面硬度、耐磨性和耐腐蝕性能受到限制，礦山機械再制造壽命提高有限。復合電鍍雖然通過一些措施提高鍍層的性能，但是和金屬鍍鉻層類似，鍍層與基體仍為物理結(jié)合，使用過程中鍍層出現(xiàn)“鼓包”以及整片脫離現(xiàn)象仍然存在，此外電鍍過程中產(chǎn)生大量廢氣、廢水，造成較大的環(huán)境污染，與當前大力提倡的綠色制造背道而馳。而采用先進高科技的激光制造技術(shù)則是行之有效的解決辦法。

激光加工技術(shù)作為一項綜合集成激光技術(shù)、新材料技術(shù)、計算機與數(shù)控技術(shù)的現(xiàn)代先進制造技術(shù)，一直得到世界各國重要研究機構(gòu)、大學和企業(yè)的重視和廣泛研究。

基于激光的表面強化處理是利用激光加熱在材料表面形成一定厚度的處理層，改善材料表面的力學性能、冶金性能、物理性能，從而提高零件、工件的耐磨、耐蝕、耐疲勞等一系列性能。激光表面處理技術(shù)主要包括激光硬化、激光熔覆、激光表面合金化、激光沖擊硬化和激光非晶化等，具有以下優(yōu)點：能量傳遞方便，可以對被處理工件表面有選擇的局部強化；能量作用集中，加工時間短，熱影響區(qū)小，工件變形小；處理表面形狀復雜的工件，而且容易實現(xiàn)自動化生產(chǎn)線；改性效果比普通方法更顯著，速度快，效率高，成本低。目前，激光表面強化技術(shù)在鋼鐵冶金、汽車、機械等行業(yè)得到了較為廣泛的應用。

目前，CO₂激光器和YAG激光器在各行業(yè)均已得到不同程度的應用，體現(xiàn)出了激光技術(shù)在加工制造及材料表面處理等領(lǐng)域所具有的無可比擬的優(yōu)點。但CO₂激光器和YAG激光器本身存在的不足也嚴重限制了其在高精領(lǐng)域的應用，也無法滿足現(xiàn)代制造業(yè)對高度集成、高度自動化、高效率的要求。光纖激光作為第三代激光技術(shù)的代表，具有其他激光器無可比擬的技術(shù)優(yōu)越性，勢必將會替代全球大部分高功率CO₂激光器和絕大部分YAG激光器。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種利用光纖激光強化修復礦山機械表面的方法。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。

一種利用光纖激光強化修復礦山機械表面的方法，是在煤礦用廢舊液壓支架立柱的表面采用光纖激光器發(fā)射的激光束，熔化激光熔覆用合金粉末，來形成激光熔覆層進行表面修復，具體包括以下步驟：

⑴光纖激光多功能柔性加工系統(tǒng)工作站點構(gòu)建

利用系統(tǒng)集成技術(shù)，結(jié)合機器人柔性系統(tǒng)、軟件通信協(xié)調(diào)系統(tǒng)、安全遮光防護欄、質(zhì)量檢測設(shè)備和光纖激光器，建立激光多通道輸出結(jié)構(gòu)，設(shè)置多操作工作點，構(gòu)建一套能夠?qū)崿F(xiàn)激光熔覆、激光毛化、激光表面處理、激光焊接和激光切割多項功能的安全系統(tǒng)工作站點，所述軟件通信協(xié)調(diào)系統(tǒng)利用相應編程軟件，根據(jù)材料表面性能，選定表面處理功能站點及制定工藝參數(shù)，實現(xiàn)激光器在不同功能之間的轉(zhuǎn)換應用；利用密集波分復用和光時分復用技術(shù)增強多波長光纖激光輸出，從而調(diào)制光纖激光輸出波形，實現(xiàn)光纖激光的密集波分復用和光時分復用傳輸；所述光纖激光器功率為10kW，其工作光纖有2000μm、1800μm、1500μm、1200μm、1000μm、800μm、600μm、400μm芯徑各1條，各長20米；

⑵光纖激光熔覆用合金粉末制備

先按重量百分比選取原料釹1-2％、釩0.05-0.15％、鉻5-8％、鎳3-6％、鉬0.1-0.2％、硅0.1-0.3％、鈦0.1-0.2％、鋁0.1-0.3％、碳0.1-0.2％和余量鐵，混合得到鐵基合金粉末；然后按重量百分比選取占鐵基合金粉末總重量百分比為0.3-0.5％的聚甲基氫硅氧烷、0.5-1％的硬脂酸；再在適量無水乙醇中加入選取的聚甲基氫硅氧烷和硬脂酸，然后攪拌溶解，得到有機液體；接著將鐵基合金粉末加入有機液體中，攪拌得到混合漿料，加熱制得的混合漿料至65℃使無水乙醇蒸干，將蒸干的物料進行55℃鼓風干燥箱，干燥結(jié)束后將得到的混合粉末物料放入球磨機中球磨破碎，過200目篩，得到光纖激光熔覆用合金粉末；

⑶表面強化處理

①預處理：廢舊液壓支架立柱使用高壓水槍沖洗油污后，借助ZLC-2/300型立柱、千斤頂拆裝機或CZ-1-45型單體支柱拆裝機拆卸成零部件，零部件進行超聲清洗處理，超聲清洗處理時采用的清洗液是按重量份計的6#溶劑油30-40份、二甲基硅油8-12份、乙二醇35-45份、月桂酰胺基丙基甜菜堿5-10份、山藥皮水提物3-5份、醋酸鈉3-5份、去離子水50-60份組成的液體，之后用55-65℃溫水清洗一遍，最后用熱壓縮空氣吹干零部件，利用Q326EA型拋丸除銹機除銹；

②激光表面強化修復：將預處理后的廢舊液壓支架立柱運至光纖激光多功能柔性加工系統(tǒng)工作站點經(jīng)質(zhì)量檢測，進行失效分析和評估，然后選定激光熔覆功能及相應激光熔覆參數(shù)，在激光熔覆工位合金粉末送料與激光束同步自動送置，進行光纖激光熔覆處理，廢舊液壓支架立柱基體與合金粉末在0.3s內(nèi)完成凝固，熔覆層厚度為0.05-0.10mm，基體熱影響區(qū)0.1-0.2mm；

③質(zhì)檢加工：對表面強化處理后的廢舊液壓支架立柱進行表面硬度、變形量檢測以及修復表面機械加工和著色探傷和校驗。

本發(fā)明的有益技術(shù)效果：采用本發(fā)明的光纖激光表面強化修復方法可以在廢舊礦山機械基體表面形成均勻致密的熔覆層，并且韌性較好，避免了孔隙裂紋的產(chǎn)生，具有極高的耐磨性與耐腐蝕性能，熔覆層與基體為冶金結(jié)合狀態(tài)，涂層阻隔了水分與基體的接觸，從根本上杜絕了由于結(jié)合力不強而造成的剝落現(xiàn)象，即使局部劃傷后也不會產(chǎn)生類似電鍍鉻層與基體間的電化學反應。不會產(chǎn)生任何廢氣、廢液，對環(huán)境沒有影響，修復加工成本降低50％，節(jié)能60％，節(jié)材70％，進一步提高能源、資源節(jié)約和高效利用水平，符合國家低碳、節(jié)能、降耗、環(huán)保循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展的總要求，通過系統(tǒng)工程，高度集成，高度自動化的途徑實現(xiàn)現(xiàn)代化企業(yè)總要求，達到企業(yè)降低成本，提高生產(chǎn)效率的目的，并形成企業(yè)新的競爭制高點和新的生產(chǎn)、制造模式,發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟具有重要意義。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的光纖激光多功能柔性加工系統(tǒng)示意圖。

圖2為本發(fā)明的光纖激光多功能柔性加工系統(tǒng)激光熔覆工位示意圖。

圖3為本發(fā)明的光纖激光多功能柔性加工系統(tǒng)機器人工位示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例進一步對本發(fā)明的技術(shù)方案作詳細的闡述，但不都成對本發(fā)明的范圍性限制。

實施例

一種利用光纖激光強化修復礦山機械表面的方法，是在煤礦用廢舊液壓支架立柱的表面采用光纖激光器發(fā)射的激光束，熔化激光熔覆用合金粉末，來形成激光熔覆層進行表面修復，具體包括以下步驟：

⑴光纖激光多功能柔性加工系統(tǒng)工作站點構(gòu)建

利用系統(tǒng)集成技術(shù)，結(jié)合機器人柔性系統(tǒng)、軟件通信協(xié)調(diào)系統(tǒng)、安全遮光防護欄、質(zhì)量檢測設(shè)備和光纖激光器，建立激光多通道輸出結(jié)構(gòu)，設(shè)置多操作工作點，構(gòu)建一套能夠?qū)崿F(xiàn)激光熔覆、激光毛化、激光表面處理、激光焊接和激光切割多項功能的安全系統(tǒng)工作站點，所述軟件通信協(xié)調(diào)系統(tǒng)利用相應編程軟件，根據(jù)材料表面性能，選定表面處理功能站點及制定工藝參數(shù)，實現(xiàn)激光器在不同功能之間的轉(zhuǎn)換應用；利用密集波分復用和光時分復用技術(shù)增強多波長光纖激光輸出，從而調(diào)制光纖激光輸出波形，實現(xiàn)光纖激光的密集波分復用和光時分復用傳輸；所述光纖激光器功率為10kW，其工作光纖有2000μm、1800μm、1500μm、1200μm、1000μm、800μm、600μm、400μm芯徑各1條，各長20米；

⑵光纖激光熔覆用合金粉末制備

先按重量百分比選取原料釹1.7％、釩0.01％、鉻6.5％、鎳4.5％、鉬0.15％、硅0.2％、鈦0.15％、鋁0.2％、碳0.15％和鐵86.44％，混合得到鐵基合金粉末；然后按重量百分比選取占鐵基合金粉末總重量百分比為0.4％的聚甲基氫硅氧烷、0.75％的硬脂酸；再在適量無水乙醇中加入選取的聚甲基氫硅氧烷和硬脂酸，然后攪拌溶解，得到有機液體；接著將鐵基合金粉末加入有機液體中，攪拌得到混合漿料，加熱制得的混合漿料至65℃使無水乙醇蒸干，將蒸干的物料進行55℃鼓風干燥箱，干燥結(jié)束后將得到的混合粉末物料放入球磨機中球磨破碎，過200目篩，得到光纖激光熔覆用合金粉末；

⑶表面強化處理

①預處理：廢舊液壓支架立柱使用高壓水槍沖洗油污后，借助ZLC-2/300型立柱、千斤頂拆裝機或CZ-1-45型單體支柱拆裝機拆卸成零部件，零部件進行超聲清洗處理，超聲清洗處理時采用的清洗液是按重量份計的6#溶劑油30-40份、二甲基硅油10份、乙二醇40份、月桂酰胺基丙基甜菜堿7.5份、山藥皮水提物4份、醋酸鈉4份、去離子水55份組成的液體，之后用60℃溫水清洗一遍，最后用熱壓縮空氣吹干零部件，利用Q326EA型拋丸除銹機除銹；

②激光表面強化修復：將預處理后的廢舊液壓支架立柱運至光纖激光多功能柔性加工系統(tǒng)工作站點經(jīng)質(zhì)量檢測，進行失效分析和評估，然后選定激光熔覆功能及相應激光熔覆參數(shù)，在激光熔覆工位合金粉末送料與激光束同步自動送置，進行光纖激光熔覆處理，廢舊液壓支架立柱基體與合金粉末在0.3s內(nèi)完成凝固，熔覆層厚度為0.05-0.10mm，基體熱影響區(qū)0.1-0.2mm；

③質(zhì)檢加工：對表面強化處理后的廢舊液壓支架立柱進行表面硬度、變形量檢測以及修復表面機械加工和著色探傷和校驗。