采煤机链轮激光熔覆修复加工

  一、引言

  在煤炭开采行业中，采煤机是设备，而链轮作为采煤机牵引系统的关键部件，长期处于重载、高摩擦、强冲击的恶劣工况下运行，极易出现磨损、腐蚀、断齿等问题。传统的修复方法如堆焊、热喷涂等存在修复精度低、结合强度弱、热影响区大等缺陷，难以满足现代煤矿安全开采的需求。激光熔覆修复加工技术凭借其的优势，为采煤机链轮的修复提供了新的解决方案，有效延长了链轮的使用寿命，降低了设备维护成本，在煤炭行业中具有广阔的应用前景。

  二、激光熔覆修复加工原理

  激光熔覆修复加工是基于激光束的高能密度特性，将具有特定性能的合金粉末与采煤机链轮基体表面快速熔化，在极短时间内凝固形成与基体呈冶金结合的熔覆层。在这个过程中，激光束作为热源，瞬间将合金粉末和基体表面薄层加热至熔化状态，利用合金粉末的填充和熔化，在链轮表面形成一层具有良好耐磨性、耐腐蚀性和性能的新涂层 。由于激光作用时间短、能量集中，使得熔覆过程中对基体的热影响小，变形量低，能够控制熔覆层的厚度、形状和性能，从而实现对磨损、损坏链轮的高精度修复。

  三、采煤机链轮激光熔覆修复加工工艺流程

  1、链轮预处理

  清洗：使用溶剂(如酒精)对采煤机链轮表面进行清洗，去除油污、锈迹、杂质等，确保表面清洁。这一步骤是为了保证后续的修复层能够与基体更好地结合，如果表面存在杂质，会阻碍冶金结合的形成，降低结合强度。

  表面粗化：采用喷砂、打磨等方法对链轮表面进行粗化处理，增加表面粗糙度，提高涂层与基体的结合力。喷砂处理通常使用石英砂或氧化铝砂，以一定的压力喷射到链轮表面，形成微小的凹凸结构，使合金粉末在熔覆过程中能够更好地附着和浸润。

  缺陷评估：通过无损检测技术(如超声波检测、磁粉检测)对链轮的磨损、裂纹等缺陷进行评估，确定修复区域和修复方案。例如，对于轻微磨损的链轮，可以采用单层熔覆修复;对于严重磨损或存在裂纹的链轮，则需要进行多层熔覆，并对裂纹进行特殊处理。

  2、合金粉末选择

  根据采煤机链轮的工作条件和性能要求，选择合适的合金粉末。常用的合金粉末有镍基、钴基、铁基合金等。镍基合金粉末具有良好的耐腐蚀性、耐磨性和高温性能，适用于在腐蚀环境下工作的链轮;钴基合金粉末具有优异的耐磨、耐高温和抗热疲劳性能，常用于高负荷、高转速的链轮修复;铁基合金粉末成本较低，具有一定的耐磨性和强度，适用于对性能要求相对较低的场合。此外，还可以根据实际需求在合金粉末中添加碳化钨、碳化铬等硬质相颗粒，进一步提高熔覆层的硬度和耐磨性。

  3、激光熔覆修复加工

  设备调试：根据链轮的尺寸、形状和修复要求，调整激光熔覆设备的参数，包括激光功率、扫描速度、光斑直径、送粉速率等。例如，对于较厚的熔覆层，需要提高激光功率和送粉速率，同时适当降低扫描速度;对于薄壁件或精度要求高的部位，则需要降低激光功率，提高扫描速度，以减少热影响区和变形量。

  熔覆操作：将预处理后的链轮安装在工作台上，通过送粉系统将合金粉末输送至激光作用区域，在激光束的照射下，合金粉末与链轮基体表面熔化并快速凝固，形成熔覆层。在熔覆过程中，要注意控制熔覆层的搭接率，一般搭接率控制在 30% - 50% 之间，以保证熔覆层的连续性和均匀性。

  过程监控：利用红外测温仪、CCD 摄像头等设备对熔覆过程进行实时监控，监测熔池温度、熔覆层形貌等参数，及时调整工艺参数，确保熔覆质量。例如，如果发现熔池温度过高，可能会导致熔覆层组织粗大、气孔等缺陷，此时需要降低激光功率或提高扫描速度;如果熔覆层表面不平整，需要调整送粉速率和扫描路径。

  4、激光熔覆修复后处理

  热处理：为消除熔覆层内部的残余应力，改善组织性能，对熔覆后的链轮进行热处理。常用的热处理方法有退火、回火等。退火处理可以降低熔覆层的硬度，提高塑性和韧性;回火处理可以消除残余应力，稳定组织，提高熔覆层的综合性能。热处理工艺参数需要根据合金粉末的成分和熔覆层的厚度进行合理选择。

  机械加工：根据链轮的尺寸精度要求，对熔覆后的链轮进行机械加工，如车削、磨削等，使链轮的尺寸和表面粗糙度达到设计要求。在机械加工过程中，要注意选择合适的刀具和切削参数，避免损伤熔覆层。