刮板輸送機(jī)中部槽等離子堆焊合金涂層技術(shù)

                         （上海多木實(shí)業(yè)有限公司）

摘 要：闡述了中部槽在刮板輸送機(jī)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(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行了分析 。實(shí)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(jī)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(jī)的機(jī)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(yán)重 。刮板輸送機(jī)使用效能取決于中部槽的耐磨性。因而研究刮板輸送機(jī)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(gè)條件 ：(1)機(jī)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(shí)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(jī)中部槽堆焊強(qiáng)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(hù)涂層。堆焊強(qiáng)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(qiáng)化生產(chǎn)。2中部槽在刮板輸送機(jī)中的地位 (1)在刮板輸送機(jī)價(jià)格構(gòu)成中占有的地位煤礦用刮板輸送機(jī)由機(jī)頭、機(jī)尾、電機(jī)、傳動、控制和中部槽等組成 。機(jī)頭 、機(jī)尾 、中部槽在刮板輸送機(jī)造價(jià)中占6o％左右。所以，中部槽的使用壽命取決于刮板輸送機(jī)的使用效益 。 (2)耐磨性在刮板輸送機(jī)維修維護(hù)中的地位中部槽、機(jī)頭、機(jī)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(jī)頭 、機(jī)尾具有很多弊端 。刮板輸送機(jī)最終又總是以機(jī)頭、機(jī)尾 、中部槽磨損失效而報(bào)廢 。 所以刮板輸送機(jī)的使用效益是增加機(jī)頭 、機(jī)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(shí)還有黏著磨損。 (1)磨粒磨損刮板和鏈沿中板運(yùn)行時(shí) ，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(gè)較寬的區(qū)域發(fā)生了嚴(yán)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(kuò)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(yùn)動，可能會使接 觸點(diǎn)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(yùn)動中，這些“冷焊”點(diǎn)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(kuò) 散、反應(yīng)、凝固，等離子束離開后自行冷卻，從而實(shí)現(xiàn)表面的強(qiáng)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(qiáng)化設(shè)備的研制；②堆焊合金涂層與機(jī)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(jì) ；④研制專用等離子炬，使中部槽任何磨損部位均能實(shí)現(xiàn)等離子堆焊強(qiáng)化處理。 等離子堆焊強(qiáng)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(shí)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(hù)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(qiáng)化技術(shù)可以在如下2個(gè)方面發(fā)揮應(yīng)有的作用 ： (1)在刮板輸送機(jī)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(jì)堆焊合金涂層的材料配方 、堆焊厚度 、堆焊面積，確保一個(gè)工作面采完后中部槽基體不磨損。 刮板輸送機(jī)上井檢修時(shí)，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(jì)材料配方 、堆焊厚度 、堆焊面積等再對中部槽進(jìn)行堆焊合金強(qiáng)化處理下井服役。周而復(fù)始 ，直至中部槽腐蝕磨損 ，機(jī)械損壞時(shí)宣布報(bào)廢 。 新刮板輸送機(jī)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(qiáng)化技術(shù) ，針對仍有一定的強(qiáng)度 ，但在井下耐磨性不足以采完一個(gè)工作面的中部槽進(jìn)行堆焊合金強(qiáng)化。根據(jù)工作面的可采儲量 、煤的硬度 、地質(zhì)條件設(shè)計(jì)堆焊合金涂層的材料配 方 、堆焊厚度 、堆焊面積 ，確保一個(gè)工作面采完后中部槽基體不磨損 。 4 井下工業(yè)實(shí)驗(yàn)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(jī) 

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(dá)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(qiáng)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(yùn)成本 ，降低頻繁更換的勞動強(qiáng)度和煤炭生產(chǎn)中斷損失，綜合經(jīng)濟(jì)效益十分明顯 。 5 預(yù)期 (1)刮板輸送機(jī)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(qiáng)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(jī)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(qiáng)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(gè)鋼廠。 1部刮板輸送機(jī)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(qiáng)化技術(shù)，對社會存量舊中部槽進(jìn)行修復(fù)強(qiáng)化處理。據(jù)市場調(diào)查 ，各規(guī)模以上煤炭生產(chǎn)集團(tuán)(5 000多家)，地面舊中部槽存量都在2 000 3 000節(jié) ，全國累計(jì)地面舊中部槽存量可達(dá)到100多萬節(jié) ，如果其強(qiáng)度達(dá)到要求的占到 50％，通過該技術(shù)可修復(fù)使用的中部槽達(dá)到 50萬節(jié)之多。50萬節(jié)中部槽可裝配刮板輸送機(jī)近 4 000多 部 ，按現(xiàn)有市場價(jià)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(fèi)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(jī)詳細(xì)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(kuò)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(shí)現(xiàn)零件表面的強(qiáng)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(qiáng)，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(qiáng)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??；利用粉末作為堆焊材料可提高合金設(shè)計(jì)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(qiáng)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(shí)現(xiàn)機(jī)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(jìn)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(hù)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(shí)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(jī)參數(shù)：  

DML-V03BD堆焊系統(tǒng)配置：
（1）  DML-V03BD主機(jī) （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(hù)氣流量調(diào)節(jié)范圍 －－－－－－－－2～12L/min
送粉器粉桶容量 　?。?0Kg
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(hù)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