CN117798595A

CN117798595A - 一种液压支架油缸内孔不锈钢焊丝修复方法

Info

Publication number: CN117798595A
Application number: CN202311856196.XA
Authority: CN
Inventors: 赵培; 赵守胜; 邢祥壮; 刘玉保; 吕金宝
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2023-12-29
Filing date: 2023-12-29
Publication date: 2024-04-02

Abstract

本发明涉及液压油缸领域，具体公开了一种液压支架油缸内孔不锈钢焊丝修复方法；本发明通过油缸内孔熔覆工艺对废旧油缸进行加工，可以使加工油缸性能指标达到或超过新品标准，油缸内孔熔覆工艺具有结合强度高、组织细密均匀、硬度高、耐磨损、耐腐蚀、耐高温、抗氧化等优点，可大幅度延长立柱千斤顶及其密封件的使用寿命，是一种环保、高效、节能、稳定的熔覆成型方法，为高端煤机的制造与维修、矿井安全生产接续提供了一个强有力技术支持，该工艺替代电镀等落后产能，符合新旧动能转换的要求，可缓解大量报废产品带来的成本及环境难题，同时符合国家促进再制造产业发展和循环经济发展的总体要求，具有良好的社会效益。

Description

一种液压支架油缸内孔不锈钢焊丝修复方法

技术领域

本发明属于液压油缸技术领域，具体涉及一种液压支架油缸内孔不锈钢焊丝修复方法。

背景技术

由于煤矿恶劣的工况条件及腐蚀介质环境的综合影响，油缸在井下工作一定时间升井维修时，可发现大部分缸筒内孔都存在不同程度的锈蚀、锈坑、磨损现象，造成油缸报废或需要进行大修。以ZF12000架型举例，其立柱外缸内孔锈蚀、磨损严重的数量占比约75％。在维修过程中，对于缸筒内孔采用抛磨或珩磨的方式进行处理，仅对表面锈蚀起到作用，而对锈坑或划伤的现象无法修复。若采用镗或珩磨去除锈坑、划伤至无缺陷，通常需要加工去除0.5mm～2mm。由此带来了使用寿命短、维修费用大、维修周期长等问题。通过传统电镀的修复方式无法从根本上解决此类问题。

现阶段采用镀铜或低温镀铁工艺处理出现的锈坑或磨损问题，由于结合强度不够容易导致镀层脱落造成锈蚀及磨损，此外镀层的孔隙率大也容易造成内孔锈蚀，因此油缸的修复质量得不到有效保证，修复后使用寿命短，给井下生产造成损失和安全隐患。目前较多立柱中缸及活柱外圆采用激光熔覆技术寿命周期长，电镀工艺无法达到内外圆同寿命周期。同时每年会有大量的外缸及中缸因锈蚀严重不易修复而报废，造成资源浪费及成本的增加。

油缸内孔熔覆工艺是针对锈蚀、磨损严重的油缸内孔进行修复的一种再制造技术。通过修复，使其性能达到新品标准，防腐及耐磨性能超过新品标准。同时与激光熔覆外圆技术相辅相成，使油缸各部件达到同寿命周期。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液压支架油缸内孔不锈钢焊丝修复方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种液压支架油缸内孔不锈钢焊丝修复方法，具体包括以下步骤：

S1、定位孔，将待修缸筒装入定心孔设备，对外缸缸底端钻中心孔1处；

S2、粗车，通过已确定中心孔，采用“顶两端”方法装夹，进行车缸口、车架位，缸口车削去除单边1mm；

S3、盲孔镗：使用盲孔镗设备端头抓顶中心孔，并使用中心架进行装夹、找正，对缸筒内壁进行镗内孔，缸筒内壁去除单边1mm；

S4、内孔熔覆：使用内孔熔覆设备端头抓顶中心孔，并使用中心架进行装夹、找正，对缸筒、缸口采用不锈钢焊丝熔覆处理,熔丝材料选用316L熔丝，熔覆量为单边2mm；

S5、精车：通过已确定中心孔，采用端头三爪抓顶中心孔处，并使用中心架进行装夹、找正，进行车缸口至图纸尺寸；

S6、盲孔镗：使用盲孔镗设备端头抓顶中心孔，并使用中心架进行装夹、找正，对缸筒内壁进行镗内孔至图纸尺寸；

S7、珩磨：使用珩磨设备端头抓顶中心孔，并使用中心架进行装夹、找正，对缸筒内壁、缸口进行珩磨处理至图纸要求粗糙度；

S8、检验：按图纸检验完成修复的缸筒。

优选的，在所述S4中，内控熔覆工艺的主要参数包括电流、电压、干伸长度、熔覆速度、搭接量、熔丝材料和保护气体配比。

优选的，所述熔覆电流与熔覆电压需调试标准为熔覆飞溅小、熔透不过深。

优选的，所述熔丝干伸长度需要调整不同熔丝干伸长度，进行熔覆试验，观察熔覆过程及熔覆后的表层外观质量，检测加工后的熔覆层性能，获得最优的熔丝干伸长度参数。

优选的，所述熔覆速度与单位长度熔覆层上的熔丝金属的熔覆量成反比、熔宽则近于熔覆速度的开方成反比，可调试不同熔覆线速度、进行熔覆试验，观察质量，检测性能，获得针对不同直径工件的熔覆速度参数。

优选的，所述搭接量决定相邻两道熔覆层中心的距离和熔覆成型的高度，通过调整相邻两道熔覆层的搭接量提高平整度。

优选的，所述熔丝直径根据熔覆电流、电压及熔覆速度确定。

优选的，所述保护气体配比选用95％Ar+5％CO₂。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过油缸内孔熔覆工艺对废旧油缸进行加工，可以使加工油缸性能指标达到或超过新品标准，油缸内孔熔覆工艺具有结合强度高、组织细密均匀、硬度高、耐磨损、耐腐蚀、耐高温、抗氧化等优点，可大幅度延长立柱千斤顶及其密封件的使用寿命，是一种环保、高效、节能、稳定的熔覆成型方法，为高端煤机的制造与维修、矿井安全生产接续提供了一个强有力技术支持，该工艺替代电镀等落后产能，符合新旧动能转换的要求，可缓解大量报废产品带来的成本及环境难题，同时符合国家促进再制造产业发展和循环经济发展的总体要求，具有良好的社会效益。

附图说明

图1为本发明的方法框图；

图2为本发明的熔覆搭接量组图；

图3为本发明熔丝的送丝速度与电流、熔丝直径的关系图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

请参阅图1－图3所示，一种液压支架油缸内孔不锈钢焊丝修复方法，具体包括以下步骤：

S4、内孔熔覆：使用内孔熔覆设备端头抓顶中心孔，并使用中心架进行装夹、找正，对缸筒、缸口采用不锈钢焊丝熔覆处理，熔覆量为单边2mm；

S8、检验：按图纸检验完成修复的缸筒。

S4中内孔熔覆设备采用内孔熔覆机，该设备由机身、主轴箱、夹具及导电机构、焊枪夹持、调整机构、十字架机构、电气控制系统、熔覆电源和气动系统组成。可完成内孔的自动熔覆。保证成型均匀、美观，熔深、熔宽达到工艺要求，装夹方便。采用M IG熔覆工艺，焊枪熔覆完成管内壁焊缝熔覆。设备主要特点：

①焊枪沿轴线前后位移熔覆，工件旋转，熔覆位置水平。

②工件由动力头驱动旋转，端面定位，旋转熔覆。

③专机具有高电压，慢送丝引弧功能，保证引弧可靠，以及低电压，小电流收弧，填满弧坑功能。

④采用推丝式送丝方式，保证送丝稳定性。

⑤焊枪沿纵向可调，适应多品种熔覆。

⑥采用PLC机控制整机运行，工件旋转采用交流变频调速，无级可调，提高设备可靠性。

⑦熔覆形式，熔覆规范可预设，存储和调用。通过触摸式人机界面可以方便地更改参数和状态转换。

⑧焊枪可作上下、左右、角度调整，以适应熔覆要求。

S3中盲孔镗设备采用数控盲孔镗床，该机床由床身、床头箱、四爪单动卡盘、中心架、进给系统、冷却系统、电气控制系统等主要部件组成。机床床身、床头箱、拖板等零部件均采用高强度铸铁、树脂砂造型，要求刚性好、强度高、精度稳定。

在所述S4中，内控熔覆工艺的主要参数包括电流、电压、干伸长度、熔覆速度、搭接量、熔丝材料和保护气体配比，这些工艺参数决定了熔覆速度以及熔覆层的硬度、耐磨性能、防腐性能等指标，因此工艺参数配置的合理性是整个项目的重中之重。

通过对同一种型号的熔丝进行熔覆试验结果和资料对比发现：电弧电压增大后，电弧功率加大，工件热输入有所增大，同时弧长拉长，分布半径增大，因而熔深略有减小而熔宽增大。余高减小，这是因为熔宽增大，熔丝熔化量却稍有减小所致。熔覆电流增大时(其他条件不变)，焊缝的熔深和余高增大，熔宽没多大变化(或略为增大)。这是因为电流增大后，工件上的电弧力和热输入均增大，热源位置下移，熔深增大。熔深与电流近于正比关系；电流增大后，熔丝熔化量近于成比例地增多，由于熔宽近于不变，所以余高增大；电流增大后，弧柱直径增大，但是电弧潜入工件的深度增大，电弧斑点移动范围受到限制，因而熔宽近于不变。

熔覆电流的大小对熔覆质量和熔覆生产效率的影响很大。熔覆电流主要影响熔深的大小。电流过小，电弧不稳定，熔深小，易造成未焊透和夹渣等缺陷，而且生产率低下；电流过大，则焊缝容易产生咬边和烧穿等缺陷，同时引起飞溅。因此，熔覆电流必须选得适当。

通过上述内容可知：电流影响熔覆深度和厚度，电压影响单道熔覆宽度。工艺研究在理论与试验结果的基础上，不断对电流、电压进行调试，达到了熔覆飞溅小、熔透不过深的效果。同时获得了稳定可靠的电流、电压参数来满足熔覆深度、厚度、宽度的要求。

所述熔丝干伸长度需要调整不同熔丝干伸长度，进行熔覆试验，观察熔覆过程及熔覆后的表层外观质量，检测加工后的熔覆层性能，获得最优的熔丝干伸长度参数。

熔覆速度的大小直接关系到熔覆的生产效率。为了获得最大的熔覆速度，应该在保证质量的前提下，采用较大的熔丝直径和熔覆电流，同时还应按具体情况适当调整熔覆速度，尽量保证熔覆层平面度。试验发现：熔覆速度提高时能量减小，熔深和熔宽都减小。余高也减小，因为单位长度熔覆层上的熔丝金属的熔覆量与熔覆速度成反比，熔宽则近于熔覆速度的开方成反比。

调整不同的熔覆线速度，进行熔覆试验，观察质量，检测性能，获得针对不同直径工件的熔覆速度参数。

在熔覆成型过程中，搭接量是影响熔覆质量的一个非常重要的因素，它不仅决定了相邻两道熔覆层中心的距离和熔覆成型的高度，还在很大程度上决定了熔覆层的平整度，从而影响成型过程的完成以及质量。因此研究搭接量，并通过试验对搭接量的可靠性及熔覆层性能进行验证和分析，对熔覆层成型质量有重大意义。

熔覆层成型是指在成型平台内进行成型轨迹搭接的过程，一般有多条成型轨迹按顺序搭接，因此为了保证成型质量和表面的平整性，相邻的成型轨迹应该按照一定的间距进行搭接。

在成型过程中当相邻两条成型轨迹间的距离较远时，会导致成型表面平整度下降，影响下一道熔覆成型的质量，如图2中图a所示。当相邻两条成型轨迹间的距离较近时，又会导致成型表面出现凸起，也会影响下一道熔覆成型的质量，如图2中图c所示，可以看出熔覆层高度会逐层增加。图2中图b为理想状态下的搭接，相邻两条成型轨迹搭接完成后，成型表面为平面。

在实际熔覆操作中，受熔融状态下的金属表面张力作用会收缩为曲面的影响很难达到理想状态，所以需要通过对每一道熔覆轨迹的波峰与波谷差值计算，来降低差值，差值越小平整度越好。

试验验证时，通过调整相邻两道熔覆层的搭接量提高平整度，并结合熔覆速度、盐雾试验结果取得三者兼顾稳定可靠的搭接量参数。

受煤矿恶劣的工况条件及腐蚀介质环境的综合影响，本项目要研究的油缸内孔熔覆层必须具有结合强度高、组织细密均匀、硬度高、耐磨损、耐腐蚀、耐高温、抗氧化等特点，所以选取性能优异的熔丝材料成为熔覆层性能指标完成的关键，目前国内相关行业普遍采用铜基熔丝进行内孔熔覆。本项目主要选取铜基熔丝、不锈钢熔丝等不同材料和性能的熔丝，进行熔覆试验。

研究初期，主要采用铝青铜熔丝进行了大量试验。所强化修复的外缸内壁在保证基体强度的同时，结合强度、耐磨、防腐性能有了较大提高，熔覆层硬度HB200-240左右，中性盐雾试验达到120小时无锈蚀。

中期试验中，主要对不锈钢实心熔丝进行验证。该类熔丝既可用惰性气体保护焊(T IG，M IG焊)，也可用于埋弧焊。不锈钢MIG焊既可达到高效熔覆，又容易实现熔覆自动化，应用领域广泛。该类熔丝种类很多，包括ER304、ER308L、ER308LS i、ER309L、ER309LSi、ER316L、ER321、307Si等。通过对防腐、耐磨性能要求的综合分析，试验中选取了304、316L这两种熔丝通过试验验证发现：316L熔丝各项性能明显优于铜基熔丝以及304熔丝。316L熔丝属于低碳不锈钢熔丝，熔覆工艺性好，该熔丝添加了Mo元素，抗晶间腐蚀性能优良。其熔覆层硬度HB240-280，中性盐雾试验达到720小时无锈蚀。

经过对以上三种材质熔丝的验证数据分析，最终选取316L熔丝作为内孔熔覆熔丝。

参照图3，电流调整实际上是在调整送丝速度。因此熔覆电流必须与熔覆电压相匹配，一定要确保送丝速度与熔覆电压对熔丝的熔化能力一致，以保证电弧长度的稳定。熔覆电流和送丝速度的关系：同一熔丝，电流越大送丝速度越快。电流相同，熔丝越细送丝速度越快。根据熔覆条件(电流、电压、熔覆速度等参数)选定相应的熔丝直径。

在工艺验证过程中，分别对100％CO₂、100％Ar、95％Ar+5％CO₂三种气体配比进行了验证。通过验证得出气体配比对熔覆有影响：

同等工艺参数下，采用95％Ar+5％CO₂气体保护对熔覆时的飞溅有较好的控制，100％Ar气体保护时控制效果次之，100％CO₂效果最差。

同等工艺参数下，采用95％Ar+5％CO₂气体保护的熔覆层平整度比。

其他两种气体配比降低0.2-0.5㎜左右，可有效减少熔覆厚度，降低熔丝用量，扩大其他参数的工艺窗口。

采用95％Ar+5％CO₂气体保护能很好地控制飞溅，所以在熔覆时即使增加熔覆电流，依然能够保持非常好的控制飞溅。这样带来的优势是熔覆速度的提高，可以提高生产效率。

在熔覆时，采用95％Ar+5％CO₂气体保护可比较明显地减少熔覆烟尘，配合烟尘净化器使用时，大大改善了现场作业环境。

通过以上内容可知，95％Ar+5％CO₂保护气体配比是较为优秀的选择，所述保护气体配比选用95％Ar+5％CO₂。

尽管已经示出和描述本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种液压支架油缸内孔不锈钢焊丝修复方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S8、检验：按图纸检验完成修复的缸筒。

2.根据权利要求1所述的一种液压支架油缸内孔不锈钢焊丝修复方法，其特征在于：在所述S4中，内控熔覆工艺的主要参数包括电流、电压、干伸长度、熔覆速度、搭接量、熔丝材料和保护气体配比。

3.根据权利要求2所述的一种液压支架油缸内孔不锈钢焊丝修复方法，其特征在于：所述熔覆电流与熔覆电压需调试标准为熔覆飞溅小、熔透不过深。

4.根据权利要求3所述的一种液压支架油缸内孔不锈钢焊丝修复方法，其特征在于：所述熔丝干伸长度需要调整不同熔丝干伸长度，进行熔覆试验，观察熔覆过程及熔覆后的表层外观质量，检测加工后的熔覆层性能，获得最优的熔丝干伸长度参数。

5.根据权利要求4所述的一种液压支架油缸内孔不锈钢焊丝修复方法，其特征在于：所述熔覆速度与单位长度熔覆层上的熔丝金属的熔覆量成反比、熔宽则近于熔覆速度的开方成反比，可调试不同熔覆线速度、进行熔覆试验，观察质量，检测性能，获得针对不同直径工件的熔覆速度参数。

6.根据权利要求5所述的一种液压支架油缸内孔不锈钢焊丝修复方法，其特征在于：所述搭接量决定相邻两道熔覆层中心的距离和熔覆成型的高度，通过调整相邻两道熔覆层的搭接量提高平整度。

7.根据权利要求6所述的一种液压支架油缸内孔不锈钢焊丝修复方法，其特征在于：所述熔丝直径根据熔覆电流、电压及熔覆速度确定。

8.根据权利要求2所述的一种液压支架油缸内孔不锈钢焊丝修复方法，其特征在于：所述保护气体配比选用95％Ar+5％CO₂。