刮板輸送機中部槽等離子堆焊合金涂層技術(shù)

                         （上海多木實業(yè)有限公司）

摘 要：闡述了中部槽在刮板輸送機的地位及中部槽磨損情況，提出了一種 能使 中部槽循環(huán)利用永不磨損的技術(shù) ，并對該技術(shù)的理念以及實際應(yīng)用情況進行了分析 。實踐證明該技術(shù)能滿足 不同層次耐磨工況的需要 。

1 前言刮板輸送機是煤炭生產(chǎn)的主要設(shè)備 ，它的使用效能決定了煤炭生產(chǎn)效率 。中部槽是刮板輸送機的機身構(gòu)件，由于貨載(煤和矸石)、刮板和鏈條在中部槽中滑行 ，故工作阻力大 ，磨損十分嚴重 。刮板輸送機使用效能取決于中部槽的耐磨性。因而研究刮板輸送機中部槽的耐磨技術(shù)就顯得尤為重要。所謂中部槽永不磨損 ，這里必須設(shè)定2個條件 ：(1)機械損壞不含其中；(2)腐蝕磨損不包含在內(nèi)。為了提高中部槽的使用壽命 ，上海多木實業(yè)有限公司利用等離子堆焊合金涂層技術(shù)研制了煤礦刮板輸送機中部槽堆焊強化專用三維數(shù)控設(shè)備。等離子堆焊合金涂層技術(shù)是以等離子束為熱源 ，在基體材料表面堆焊一層均勻致密 ，結(jié)合牢， 固的特殊保護涂層。堆焊強化專用三維數(shù)控設(shè)備由預(yù)定程序控制 ，操作過程全部自動完成 ，非常適合大型鋼鐵構(gòu)件以及中小零件批量高效堆焊強化生產(chǎn)。2中部槽在刮板輸送機中的地位 (1)在刮板輸送機價格構(gòu)成中占有的地位煤礦用刮板輸送機由機頭、機尾、電機、傳動、控制和中部槽等組成 。機頭 、機尾 、中部槽在刮板輸送機造價中占6o％左右。所以，中部槽的使用壽命取決于刮板輸送機的使用效益 。 (2)耐磨性在刮板輸送機維修維護中的地位中部槽、機頭、機尾磨損失效不允許在井下維修 ，只能更換新的。在井下狹小的空間更換笨重的中部槽、機頭 、機尾具有很多弊端 。刮板輸送機最終又總是以機頭、機尾 、中部槽磨損失效而報廢 。 所以刮板輸送機的使用效益是增加機頭 、機尾 、中部槽的耐磨性。 2 中部槽磨損形式分析對失效中部槽分析可知 ，中板鏈道的磨損形式主要為磨料磨損和腐蝕磨損 ，重載時還有黏著磨損。 (1)磨粒磨損刮板和鏈沿中板運行時 ，鏈表面凸體 、鏈與中板間的硬顆粒對中板表面產(chǎn)生微切削和刮擦作用 ，導(dǎo)致磨粒磨損 。 磨粒把金屬推擠在溝的兩側(cè)和前面，當(dāng)鏈環(huán)和磨粒每通過中板表面一次 ，剪切應(yīng)變就積累一次 ，故磨損表面下一個較寬的區(qū)域發(fā)生了嚴重的塑性變形和加工硬化。由于塑變硬化，位錯塞積在晶界 ，很易在晶界處產(chǎn)生裂紋源 ，以致在鏈條和磨粒的反復(fù)作用下 ，裂紋擴展造成剝落。 (2)黏著磨損從微觀上看，刮板、鏈與中板的接觸只是微凸體的相互接觸 ，故當(dāng)鏈環(huán)承載后作用在微凸體上的壓力很高，由此在鏈道上產(chǎn)生的接觸應(yīng)力很高，盡管鏈環(huán)與中板表面的污染物 ，如煤粉和氧化腐蝕產(chǎn)物等阻礙黏著發(fā)生，但因界面上的相對運動，可能會使接 觸點上的污染膜消失，并使表面溫度急劇升高，材料表層軟化，甚至出現(xiàn)局部熔化現(xiàn)象，在壓力的作用下鏈環(huán)與中板發(fā)生“冷焊”現(xiàn)象，在鏈條繼續(xù)運動中，這些“冷焊”點發(fā)生剪斷而形成黏著磨損 。 (3)腐蝕磨損由于井下礦物水中存在腐蝕性介質(zhì)，與摩擦副表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng) ，而造成材料表層腐蝕，尤其磨損過的新鮮表面更易氧化及銹蝕 ，而腐蝕產(chǎn)物又易被接之而來的磨粒等磨去，這種磨損一腐蝕一磨損的交替過程大大地加速了中板的損壞 。 3 能使中部槽耐磨損的技術(shù)及理念 3．1 等離子堆焊技術(shù)的基本原理在柔性高溫等離子束流作用下 ，將合金粉末或陶瓷粉末與基體表面迅速加熱并一起熔化 、混合 、擴 散、反應(yīng)、凝固，等離子束離開后自行冷卻，從而實現(xiàn)表面的強化與硬化 。 3．2 本技術(shù)主要創(chuàng)新內(nèi)容 ①等離子束堆焊強化設(shè)備的研制；②堆焊合金涂層與機體呈冶金結(jié)合，不剝落 ；③ 涂層硬度HRC40 -65，根據(jù)工況需要隨意設(shè)計 ；④研制專用等離子炬，使中部槽任何磨損部位均能實現(xiàn)等離子堆焊強化處理。 等離子堆焊強化設(shè)備的研制方面，經(jīng)過不斷的努力 ，已成功研究出了DML-VO3BD型，同時根據(jù)況不同工件的需要，選用不同的合金粉末來堆焊耐磨層。 3．3 使中部槽耐磨損的基本理念采用等離子堆焊合金涂層技術(shù)在中部槽磨損部位堆焊一層耐磨合金 ，中部槽使用過程的磨損以堆焊合金的磨損來保護中部槽基體永不磨損。 根據(jù)永不磨損的基本理念 ，等離子堆焊合金強化技術(shù)可以在如下2個方面發(fā)揮應(yīng)有的作用 ： (1)在刮板輸送機現(xiàn)有制造工藝和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不 變的情況下，根據(jù)工作面的煤炭量 、煤的硬度 、地質(zhì)條件設(shè)計堆焊合金涂層的材料配方 、堆焊厚度 、堆焊面積，確保一個工作面采完后中部槽基體不磨損。 刮板輸送機上井檢修時，再根據(jù)新工作面的煤炭儲量 、煤的硬度 、地質(zhì)條件設(shè)計材料配方 、堆焊厚度 、堆焊面積等再對中部槽進行堆焊合金強化處理下井服役。周而復(fù)始 ，直至中部槽腐蝕磨損 ，機械損壞時宣布報廢 。 新刮板輸送機第 1次上井開始應(yīng)用該技術(shù)會更有意義 。 (2)利用等離子堆焊合金強化技術(shù) ，針對仍有一定的強度 ，但在井下耐磨性不足以采完一個工作面的中部槽進行堆焊合金強化。根據(jù)工作面的可采儲量 、煤的硬度 、地質(zhì)條件設(shè)計堆焊合金涂層的材料配 方 、堆焊厚度 、堆焊面積 ，確保一個工作面采完后中部槽基體不磨損 。 4 井下工業(yè)實驗淮南礦務(wù)局張集煤礦 ：工作面煤炭儲量 240萬 t，煤炭硬度系數(shù) 廠=0．7—1．1，地質(zhì)條件較好。 利用該技術(shù)生產(chǎn)了1 000余節(jié)煤礦刮板輸送機 

中部槽 ，中部槽堆焊合金厚度 1—5 mm，堆焊密度8％，合金涂層硬度 HV700以上 ，工作面已采完 ，過煤量達到200多萬 t，堆焊合金磨損 3—4 mm，滑靴道堆焊層仍有一定的厚度而且很完整。結(jié)果表明比未經(jīng)等離子表面冶金強化的中部槽使用壽命提高4倍以上 ，但表面冶金的成本僅增加不到30％。由此大幅度降低井上井下拆遷搬運成本 ，降低頻繁更換的勞動強度和煤炭生產(chǎn)中斷損失，綜合經(jīng)濟效益十分明顯 。 5 預(yù)期 (1)刮板輸送機在現(xiàn)有制造工藝和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不變的情況下 ，應(yīng)用等離子堆焊合金強化技術(shù) ，能為煤炭企業(yè)降低大量的使用成本。如果中部槽井下腐蝕周期為20 a，全國煤炭大型刮板輸送機年需求量2 000部，每部150節(jié)中部槽，每節(jié)中部槽 1．5 t的話，那么，因使用等離子堆焊合金強化技術(shù)而節(jié)約下來 1 a可節(jié)約 45萬 t鋼材 ，20 a節(jié)約 900萬 t的鋼材。 相當(dāng)于少建了一個鋼廠。 1部刮板輸送機使用壽命一般 為 4 5 a，采用該技術(shù)后，使用壽命可延長至 20 a，使用壽命延長了 3—5倍 。 (2)利用等離子堆焊合金強化技術(shù)，對社會存量舊中部槽進行修復(fù)強化處理。據(jù)市場調(diào)查 ，各規(guī)模以上煤炭生產(chǎn)集團(5 000多家)，地面舊中部槽存量都在2 000 3 000節(jié) ，全國累計地面舊中部槽存量可達到100多萬節(jié) ，如果其強度達到要求的占到 50％，通過該技術(shù)可修復(fù)使用的中部槽達到 50萬節(jié)之多。50萬節(jié)中部槽可裝配刮板輸送機近 4 000多 部 ，按現(xiàn)有市場價格和中部槽在成本中所占的比重 ， 可為現(xiàn)有煤炭工業(yè)節(jié)約設(shè)備費用 100多億元人民幣。如果推廣 ，能為國家節(jié)約巨大的鋼鐵資源，也能減少因冶煉鋼材而造成的環(huán)境污染。 以下是我公司等離子堆焊機詳細介紹：

　DML-V03BD堆焊系統(tǒng)是我公司自主研發(fā)的擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的金屬表面改性設(shè)備，該堆焊工藝是提高金屬表面耐磨性、耐腐蝕性和耐沖擊等性能的有效技術(shù)方法之一。

DML-V03BD工作原理：等離子粉末堆焊是以等離子弧作為熱源，應(yīng)用等離子弧產(chǎn)生的高溫將合金粉末與基體表面迅速加熱并一起熔化、混合、擴散、凝固，等離子束離開后自激冷卻，形成一層高性能的合金層，從而實現(xiàn)零件表面的強化與硬化的堆焊工藝，由于等離子弧具有電弧溫度高、傳熱率大、穩(wěn)定性好，熔深可控性強，通過調(diào)節(jié)相關(guān)的堆焊參數(shù)，可對堆焊層的厚度、寬度、硬度在一定范圍內(nèi)自由調(diào)整。等離子粉末堆焊后基體材料和堆焊材料之間形成融合界面，結(jié)合強度高；堆焊層組織致密，耐蝕及耐磨性好；基體材料與堆焊材料的稀釋減少，材料特性變化小；利用粉末作為堆焊材料可提高合金設(shè)計的選擇性，特別是能夠順利堆焊難熔材料，提高工件的耐磨、耐高溫、耐腐蝕性。

  DML-V03BD技術(shù)優(yōu)勢：　

1、堆焊熔覆合金層與工件基體呈冶金結(jié)合，結(jié)合強度高；　

2、堆焊熔覆速度快，低稀釋率；等離子弧堆焊的稀釋率可控制在5%一10%，或更低。　

3、堆焊層組織致密，成型美觀；堆焊過程易實現(xiàn)機械化、自動化；　

4、可在銹蝕及油污的金屬零件表面不經(jīng)復(fù)雜的前處理工藝，直接進行等離子堆焊；5、與其他等離子噴焊相比設(shè)備構(gòu)造簡單，節(jié)能易操作，維修維護容易；

6、等離子弧溫度高、能量集中、穩(wěn)定性好，在工件上引起的殘余應(yīng)力和變形小。

7、可控性好。可以通過改變功率、改變氣體的種類、流量及噴嘴的結(jié)構(gòu)尺寸來調(diào)節(jié)等離子弧的氣氛、溫度等電弧參數(shù)，從而實現(xiàn)高效自動化生產(chǎn)，提高勞動生產(chǎn)率。

8、使用材料范圍廣。堆焊合金粉末作為熔敷材料，不受鑄造、軋制、拔絲等加工工藝的限制，可依據(jù)不同性能要求配置不同成分的合金粉末，特別適用于那些難于制絲但是易于制粉的硬質(zhì)耐磨合金，以獲得所需性能的堆焊層。

DML-V03BD主機參數(shù)：  

DML-V03BD堆焊系統(tǒng)配置：
（1）  DML-V03BD主機 （功率12KVA）－－－1臺 
（2）  皮帶式精密送粉系統(tǒng)－－－－－－— 1套
（3）  等離子粉末堆焊槍（300A）－－－－ 1把 

堆焊主要技術(shù)參數(shù)：
離子氣流量調(diào)節(jié)范圍 －－－－－－－ 0.2～2L/min
送粉氣流量調(diào)節(jié)范圍 －－－－－－－ 0.5～2L/min
保護氣流量調(diào)節(jié)范圍 －－－－－－－－2～12L/min
送粉器粉桶容量 　　－－－－－－－－10Kg
送粉器送粉量調(diào)節(jié)范圍 －－－－－－－0～50g/min
工作距離工件距離－－－－－－－－－ 3～12mm
一次堆焊的厚度 －－－－－－－－－－1-4mm左右 
一次堆焊的寬度 －－－－－－－－－－2-13mm左右
粉末粒度     －－－－－－－－－－－50－200目 
粉末堆焊效率 －－－－－－－－－－－≥90%

等離子堆焊槍結(jié)構(gòu)圖

（300A堆焊槍示意圖）

1 氣體保護罩 2 銅嘴鎖緊環(huán) 3 銅嘴 4 聚中環(huán)  5 堆焊槍體  6鎢極  7鎢極夾 8槍帽

應(yīng)用案例：

                 中部槽底板堆焊