فن آوری سنتی تعمیر آبکاری پایه های هیدرولیک دارای دفع جدی کروم سطحی، عمر کوتاه پس از تعمیر و زمان آبکاری طولانی است. فرآیند تعمیر و فناوری ساپورت های هیدرولیک مورد مطالعه قرار گرفته و فرآیند تعمیر سریع ساپورت های هیدرولیک بر اساس روکش لیزری تکنولوژی پیشنهاد شده است. فن آوری های کلیدی از روکش لیزری تجزیه و تحلیل می شوند و لیزر YAG برای کاربرد در محل و اشکال زدایی انتخاب می شود و اثر تعمیر روکش لیزری پایه های هیدرولیک تجزیه و تحلیل می شود. نتایج نشان می‌دهد که کیفیت تعمیر فناوری روکش لیزری بالا است، سختی سطح ستون پشتیبانی هیدرولیک بهبود می‌یابد، عمر سرویس تجهیزات افزایش می‌یابد، استفاده مجدد از تجهیزات ضایعاتی محقق می‌شود، هزینه خرید پشتیبانی هیدرولیک است. صرفه جویی می شود و میزان آلودگی محیط زیست کاهش می یابد.

تکیه گاه های هیدرولیک معدن زغال سنگ تجهیزات مکانیکی مهمی برای حمایت از چهره کاری معادن زغال سنگ هستند و نقش بسیار مهمی در تضمین خروجی معادن زغال سنگ و ایمنی تجهیزات و پرسنل دارند. ستون مهم ترین جزء حمایت کننده تکیه گاه هیدرولیک در معادن زغال سنگ است که می تواند به طور موثر سقف و دیوار زغال سنگ تکیه گاه هیدرولیک را پشتیبانی کند. تحت تأثیر شرایط سخت و پیچیده کار در معادن زغال سنگ، ستون های پشتیبانی هیدرولیک که برای مدت طولانی در معرض بیرون قرار می گیرند، اغلب در حین استفاده از درجات مختلفی آسیب می بینند. اگر سایش سطح جدی باشد، مستقیماً بر آب بندی ستون و سیلندر پشتیبانی هیدرولیک تأثیر می گذارد و همچنین نیروی نگهدارنده را ضعیف می کند. برای این منظور، بهبود کیفیت تعمیر سطح ستون پشتیبانی هیدرولیک ضروری است. در حال حاضر، تعمیر آسیب‌های سطحی پایه‌های هیدرولیک خانگی عموماً از فناوری آبکاری استفاده می‌کند که از اصل الکترولیز برای پوشش یک لایه فلز یا آلیاژ بر روی سطح ستون برای افزایش استحکام سطح و مقاومت در برابر سایش استفاده می‌کند. لایه پوششی که توسط فرآیند آبکاری سنتی تشکیل شده است، طول عمر کوتاهی دارد و سطح بسیار مستعد حذف کروم است که برای تعمیر بعدی مناسب نیست. در عین حال، فناوری فرآیند آبکاری باعث ایجاد درجه خاصی از آلودگی محیط زیست می شود. بنابراین، مطالعه فن‌آوری‌های فرآیند جدید برای بهبود کیفیت پوشش سطح ستون‌های پشتیبانی هیدرولیک و سایر قطعات و افزایش طول عمر تکیه‌گاه‌های هیدرولیک ضروری است.

1 جریان فرآیند و فن آوری های کلیدی تکنولوژی روکش لیزری

1.1 جریان فرآیند فناوری روکش لیزری
فرآیند معمول تعمیر برای اجزای کلیدی تکیه گاه های هیدرولیک آبکاری است. مقاومت در برابر خوردگی قطعات ستون تکیه گاه هیدرولیک تعمیر شده توسط آبکاری ضعیف است. به منظور حل مشکلات فرآیند آبکاری سنتی، فرآیند تعمیر روکش لیزری پیشنهاد شده است. فناوری روکش لیزری یک فناوری تعمیر بهبود سطح است که در سال های اخیر پیشنهاد شده است. مقاومت در برابر سایش و استحکام سطح را با تقویت سطح قطعات بهبود می بخشد. شکل 1 نمودار جریان فرآیند روکش لیزری است.

همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، فرآیند روکش لیزری باید دو مرحله را طی کند: آماده سازی اولیه و تشکیل فیلم. ابتدا باید آماده سازی مواد پایه و پودر روکش کامل شود، سپس اندازه پودر ساخته می شود و در نهایت از چگالی مشخصی از پرتو لیزر برای اثر مستقیم روی سطح پوشش استفاده می شود، فلز خاصی مستقیماً در سطح پوشش ذوب می شود. مواد و فلز سطح مواد روکش و قطعه ذوب شده و جامد و سرد می شود و در نهایت لایه ای از لایه روکش فلزی پیوند متالورژیکی با سرعت رقت معینی روی سطح فلز تشکیل می شود که عملکرد سطح فلز را بهبود می بخشد. تا حدی

1.2 فن آوری ها و تجهیزات کلیدی برای روکش لیزری
فناوری روکش لیزری به پوشش مقاوم در برابر سایش اجازه می دهد تا با زیرلایه ترکیب شود، دانه ها را برای تشکیل یک فاز ناپایدار تصفیه می کند، فازهای مضر خاصی را در ماتریس حذف می کند و بنابراین عملکرد سطح را به طور قابل توجهی بهبود می بخشد. در طول فرآیند روکش لیزری، فیلم محافظ گاز تشکیل می شود تا اطمینان حاصل شود که سطح فلز می تواند به طور کامل در هنگام پوشش پودر ذوب شود. شکل 2 فناوری ها و تجهیزات کلیدی برای روکش لیزری قطعات ستون پشتیبانی هیدرولیک را نشان می دهد.

همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است، پودر فلز ماده اصلی است که به چهار روش توسط تغذیه کننده پودر تغذیه می شود. در عین حال، پرتو لیزر پرانرژی ساطع شده توسط لیزر به عنوان منبع گرما استفاده می شود و پرتو توسط آینه ترکیبی تشکیل دهنده و متمرکز کننده پرتو ساطع می شود تا به طور مستقیم پودر آلیاژ فلز را با استحکام بالاتر، مقاومت در برابر سایش بهتر ادغام کند. مقاومت در برابر خوردگی عالی در سطح قطعات ستون پشتیبانی هیدرولیک. از طریق واکنش متالورژیکی بین فلزات، سطح فلز اصلی عملکردی مشابه آلیاژ پودر دارد. پس از روکش لیزری، مقاومت در برابر سایش و مقاومت در برابر خوردگی سطح قطعات ستون پشتیبانی هیدرولیک به طور قابل توجهی بهبود می یابد، در نتیجه عمر مفید پشتیبانی هیدرولیک افزایش می یابد. کل فرآیند روکش لیزری توسط نرم افزار CAD/CAM پشتیبانی می شود. از فناوری کامپیوتری برای کنترل سر لیزر و نازل تغذیه پودر برای دستیابی به کنترل خودکار و پاشش مداوم استفاده می شود. در طول فرآیند پردازش واقعی هیچ دودی تولید نخواهد شد و تأثیر آن بر محیط زیست حداقل است.

در حال حاضر، عمدتاً دو نوع تجهیزات روکش لیزری در کشور من وجود دارد: اولی لیزر CO2 است که می تواند خروجی مداوم داشته باشد. قدرت دستگاه روکش فلزی بالای 3 کیلو وات است که نسبتاً گران است و هزینه های تعمیر و نگهداری بالایی در مرحله بعدی دارد. دومی لیزر YAG است که خروجی پالسی با توان 580 وات دارد. در مقایسه با نوع اول، ارزان تر است و اثر کاربردی بهتری دارد.

2 تست کاربرد فناوری روکش لیزری در تعمیر ساپورت هیدرولیک
به منظور بررسی اثر کاربرد فناوری روکش لیزری در تعمیر ساپورت هیدرولیک، ستون پشتیبانی هیدرولیک برای تعمیر در معدن زغال سنگ در شانشی به عنوان نمونه آزمایش انتخاب شد و لیزر YAG، یک تغذیه کننده پودر با غیر گاز انتخاب شد. روش حمل و نقل انتخاب شد (نرخ استفاده از پودر به 92٪ رسید) و مواد مبتنی بر آهن برای تهیه پودر آلیاژ Fe-Cr-Nb-Mo بر روی سطح سه نوع فولاد با فناوری روکش پلاسما انتخاب شدند. نسبت هر عنصر در پودر آلیاژ به شرح زیر است: Fe 28.94٪، کروم 19.13٪، Nb 5.84٪، و Mo 2.76٪ است.

برای اطمینان از اثر روکش، ابتدا سطح زیرلایه را با کاغذ سنباده برای از بین بردن ناخالصی ها و زنگ زدگی سطح، تمیز می کنند و با استفاده از دستگاه تمیز کننده اولتراسونیک، سطح را تمیز و پیش درمان می کنند. سپس بستر از قبل گرم می شود و ستون پشتیبانی هیدرولیک با استفاده از دستگاه روکش لیزری با لیزر روکش می شود و آلیاژ پودر برای پوشش از طریق واکنش متالورژیکی روی سطح بستر اسپری می شود. پارامترهای تنظیم شده برای فرآیند روکش کاری به شرح زیر است: فشار کاری 220 ولت، جریان گاز 0.84 متر مربع در ساعت، ارتفاع نازل 10 میلی متر، سرعت اسکن 130 میلی متر در دقیقه، قطر نقطه 3 میلی متر، و قدرت روکش لیزری 8.6 کیلو وات است.

برای انتخاب پارامترهای مختلف برای روکش لیزری، لازم است اثرات و ویژگی های مورد انتظار روکش لیزری در نظر گرفته شود. به طور کلی، قطر نقطه 2 تا 4 میلی متر انتخاب می شود. از آنجایی که هرچه قدرت لیزر بیشتر باشد، مقدار فلز روکش ذوب شده بیشتر خواهد بود و احتمال ایجاد منافذ در طی این فرآیند بسیار زیاد است، برای اطمینان از کیفیت پس از روکش، توان روکش لیزری 8.6 کیلو وات انتخاب می شود. پس از تکمیل تنظیمات پارامتر، دستگاه روکش لیزری شروع به انجام روکش لیزری روی سطح ستون پشتیبانی هیدرولیک می کند. کل فرآیند روکش فلزی به صورت هوشمند توسط CAM کامپیوتر کنترل می شود. سطح ستون تکیه گاه هیدرولیک پس از روکش لیزری ناهموار است و برای داشتن براقیت خاصی نیاز به پولیش دارد. شکل 3 صحنه و اثر روکش لیزری تکیه گاه هیدرولیک را نشان می دهد.

به منظور بررسی مزایا و اثرات روکش لیزری، آزمون عملکرد اصطکاک و سایش سطح ستون تکیه گاه هیدرولیک پس از روکش لیزری انجام شد و لایه پودری پراش شده و با استفاده از تستر پراش XRD برای به دست آوردن پراش آنالیز شد. طیف نشان داده شده در شکل 4. همانطور که در شکل 4 نشان داده شده است، کل فاز حاوی مارتنزیت و کاربید فلز است و مارتنزیت دارای استحکام بالا و مقاومت در برابر سایش و مقاومت در برابر خوردگی است.

سختی سطح لایه روکشی با استفاده از سختی سنج هوشمند تشخیص داده می شود و مقادیر سختی در فواصل مختلف از سطح لایه روکشی مطابق شکل 5 به دست می آید.

همانطور که در شکل 5 نشان داده شده است، مقدار سختی سطح لایه روکش ستون پشتیبانی هیدرولیک 1000HV است. همانطور که عمق لایه روکشی به عمیق تر شدن ادامه می دهد، مقدار سختی روند کلی نزولی را نشان می دهد. وقتی ضخامت لایه روکش 1800 میکرومتر باشد، مقدار سختی 964HV است و با افزایش فاصله، مقدار سختی کمی افزایش می‌یابد. مقدار سختی در فاصله 3560~3980μm از سطح به شدت کاهش می یابد. در این زمان، جهش سختی به دلیل کاهش ناگهانی تعداد فازهای تشکیل شده توسط کاربیدهای فلز سخت مانند (Nb, Mo) C و VC به ماتریکس روی سطح ایجاد می شود. در فاصله 4000 میکرومتر از سطح لایه روکش، سختی ویکرز به آرامی کاهش می یابد.

عملکرد اصطکاک سطح پس از روکش لیزری مورد آزمایش قرار گرفت و نتایج آزمایش عملکرد اصطکاک نشان داده شده در شکل 6 به دست آمد. همانطور که در شکل 6 نشان داده شده است، ضریب اصطکاک کلی سطح پس از روکش لیزری روند نزولی را نشان می دهد. هنگامی که بار اعمال شده 30 نیوتن است، ضریب اصطکاک 0.338 است، زمانی که بار به 50 نیوتن اعمال می شود، ضریب اصطکاک 0.309 است، با اعمال بار بعدی (از 50 نیوتن به 60 نیوتن)، ضریب اصطکاک همچنان در 60 نیوتن افزایش می یابد. ضریب اصطکاک 0.316 است، اما با ادامه افزایش بار، عنصر مس موجود در بافت نرم لایه سطحی روکش لیزری نقش روانکاری خاصی را ایفا می کند و بر عملکرد اصطکاک سطح تأثیر می گذارد و ضریب اصطکاک به تدریج کاهش می یابد.

طبق آزمایش میدانی، پس از روکش لیزری سطح ستون تکیه گاه هیدرولیک، سختی سطح و عملکرد اصطکاک آن تا حد معینی بهبود می یابد. سطح با تکنولوژی روکش لیزری درمان می شود و ستون پشتیبانی هیدرولیک در این زمان گازها و دود سمی و مضر تولید نمی کند. تعمیر فرآیند آبکاری سنتی به طور متوسط ​​دو بار در سال انجام می شود. پس از تعمیر فرآیند روکش لیزری، پشتیبانی هیدرولیک بیش از 2 سال است که در محل استفاده می شود. هزینه تعمیر آبکاری هر ساپورت هیدرولیک حدود 9 میلیون یوان است. پس از استفاده از فناوری روکش لیزری برای تعمیر، طول عمر آن افزایش می یابد و میانگین صرفه جویی در هزینه سالانه حدود 9 میلیون یوان است. اثر کاربردی رضایت بخش است و ارزش تبلیغاتی و چشم انداز بازار زیادی دارد.

نتیجه گیری 3

با توجه به آلودگی جدی، طول عمر کوتاه و هزینه بالای فرآیند تعمیر آبکاری سنتی پایه‌های هیدرولیک معدن زغال‌سنگ، این مقاله به تجزیه و تحلیل فن‌آوری و جریان فرآیند تعمیر روکش لیزری می‌پردازد، اصول و فرآیندهای اساسی تعمیر روکش لیزری را مورد مطالعه و بررسی قرار می‌دهد. سطوح فلزی، و ستون های تکیه گاه هیدرولیک را برای تعمیر در معادن زغال سنگ به عنوان هدف تحقیقاتی آزمایشی می گیرد و عملیات پوشش لیزری را بر روی سطوح آنها انجام می دهد. تست های سختی و عملکرد اصطکاک سطح پس از روکش لیزری انجام می شود. نتایج نشان می دهد که مقدار سختی سطح ستون تکیه گاه هیدرولیک به طور قابل توجهی افزایش می یابد. با عمیق تر شدن عمق، سختی به تدریج کاهش می یابد، اما در روند کاهش، مقدار سختی تا حدی افزایش می یابد، زیرا ناخالصی هایی در روکش لیزر وجود دارد. عملکرد اصطکاک سطح پس از عملیات روکش کاری بهبود می یابد. پس از اعمال میدانی، عمر ستون پشتیبانی هیدرولیک تعمیر شده توسط فناوری روکش لیزری افزایش می یابد که به طور موثر در هزینه های سازمانی صرفه جویی می کند و تأثیر آن بر محیط را کاهش می دهد.