油圧シリンダはシールドマシンのコア部品であり、その再生はシールドマシン再生の重要な部分です。シリンダピストンロッドの主な損傷形態は、切り傷、引っかき傷、コーティングの剥がれです。従来の修復方法は、元のピストンロッドのコーティングを剥がしてから、新しいコーティングを再電気メッキすることです。レーザークラッディング技術の導入により、シリンダピストンロッドの修復に新しいソリューションが提供されます。本稿では、シールドシリンダの再生と組み合わせて、レーザークラッディング修復ピストンロッドプロセスについて説明および分析します。

シールドの再製造は、その高価値、大容量、複雑な構造のため、エンジニアリング機械の再製造の焦点となっています。シールドマシンのコアコンポーネントである油圧シリンダーは、シールドマシンの再製造の重要な部分です。再製造とは、再製造されたブランクを専門的に修理またはアップグレードして、その品質特性をプロトタイプの新製品のレベルよりも低くしないプロセスです[1]。レーザークラッディング技術の現在の開発は、シリンダー修理のための新しいソリューションを提供します。

レーザークラッディングは、材料の表面特性を高め、材料の表面を修復するための重要な方法です。高エネルギー密度のレーザービームを使用して、さまざまな組成と特性を持つ合金をマトリックスに急速に溶かし、通常の金属の表面に高性能の合金層を形成し、部品表面の耐摩耗性、耐腐食性、耐高温性、耐酸化性を向上させ、ワークピースの寿命を延ばします。レーザー表面クラッディングのクラッディング層の厚さは、通常0.7〜1.5 mmです。この修復技術は、深さ1.5 mmを超える表面の傷や歪みがある油圧シリンダーロッドを修復できます[2]。

現在、新世代のレーザークラッディング技術（超高速レーザークラッディング）が徐々にワークピースの表面の修復に適用されています。超高速レーザークラッディングは、従来のレーザークラッディングの表面付加技術の反復技術であり、主に処理効率が低い、熱影響部が大きい、材料の無駄が大きい、後処理ステップが多いなどの問題を解決します。

1 超高速レーザークラッディングの原理の紹介
超高速レーザークラッディングは同期粉末供給方式を採用しています。粉末焦点面とレーザー焦点面の相対位置を調整することにより、クラッディング粉末は基板上でレーザービームと交差して溶融し、次に小さな基板溶融池と融合し、基板表面を均一にコーティングし、急速凝固後にさまざまな特性を持つ機能性コーティングを形成します（図1を参照）。従来の電気めっきと比較して、環境に優しく、操作が簡単です。通常のレーザークラッディングと比較して、希釈率が低く、熱影響が小さく、効率が高く、コストが低いという特徴があります。超高速レーザークラッディングは、外壁クラッディング、内部穴クラッディング、添加剤修理などの内容に使用できます。

2 レーザークラッディング技術の利点と応用
従来の電気めっき修復ソリューションと比較して、超高速レーザークラッディング技術には次のような利点があります。
（1）環境に優しく、操作が簡単で、同時に電気メッキの剥離の問題を解決します。冶金結合を採用し、より強力な結合力を持っています。
（２）溶射法と比較すると、環境保護性が高く、接着強度が高く、コストが低いなどの特徴があり、コーティング密度が高く、選択できる材料が多く、入熱量が低いため、薄肉または細長い部品の加工に使用できる。
（３）コーティングの表面は、 超高速レーザークラッディング 石炭鉱山でレーザークラッディングされた再生部品は、主に油圧サポートシリンダー、関節ピン、スプラインシャフト、ガイドシュー、サポートシューなどです[3]。さらに、 レーザークラッディング エンジニアリング機械の分野では、電気めっきプロセスが徐々に置き換えられています。

3 シールドシリンダピストンロッドのメッキと損傷形態
シールドマシンの主シリンダーには、推進シリンダー、関節シリンダーなどがあり、その数は多く、推力シリンダーを例にとると、各ユニットの数は20〜50です。推力シリンダーのピストンロッドには、耐腐食性と耐摩耗性が求められます。ピストンロッドの本来の表面処理プロセスは、表面に0.03層クロムメッキ、下層に乳白色クロムメッキ、厚さ0.04〜0.03mm、表層に硬質クロムメッキ、厚さ0.05〜XNUMXmm、クロム層の総厚さです。
シールドトンネルの施工環境は比較的過酷であり、ほとんどのシリンダーは使用中にへこみ、錆び、大きな面積の傷がつき、コーティングが剥がれてしまいます（図0.06参照）。一方、使用後のシールドの保管は標準化されていないことが多く、シリンダーピストンロッドの錆による損傷をさらに悪化させます。そのため、シリンダーを再製造する場合、ピストンロッドの表面コーティング処理は最も重要な要素の0.08つです。

4つの従来のシリンダーピストンロッド再生方法
使用中に破損、錆び、傷、メッキ剥がれが発生したシールドシリンダーの場合、従来の電気メッキピストンの再製造方法は主に 2 つあります。
（1）損傷や錆が深刻でない場合は、ロッドを剥離、研磨（サイズを縮小）し、再メッキする方法が採用されます。ロッドのサイズを縮小すると、シール本来のシールギャップ公差で補填されます。この方法はリスクが高く、シリンダーの内外漏れが発生しやすく、シリンダーの性能安定性も悪くなります。
（2）損傷や錆が深刻な場合は、ピストンロッドの全体サイズを縮小し、再度クロムメッキを施す方法を採用します。ピストンロッドを縮小した後、特殊形状のシールを再度カスタマイズし、シリンダーガイドスリーブを再加工してシリンダー機能を回復する必要があります。この方法でメンテナンスを行う場合、主なリスクは、シリンダーの元の設計サイズが変わること、構造強度が満たされるかどうか、新しく加工されたシールとガイドスリーブがシリンダーの元の設計サイズと許容差の要件を満たしているかどうかです。
現在、業界のオイルシリンダーメンテナンスメーカーは、シールドオイルシリンダーの元のメーカーと比較して、オイルシリンダーの設計とプロセスに大きな技術的ギャップがあります。オイルシリンダーのサイズを変更したり、オイルシリンダーシールを再選択したりする場合の技術レベルも不均一です。オイルシリンダーの打撃、傷、コーティングの大規模な剥離に直面したときに採用された方法は基本的に同じで、つまり、メッキの除去と再メッキです。オイルシリンダーメンテナンスメーカーが選択した電気メッキメーカーの電気メッキプロセスも不均一であり、電気メッキコーティングの厚さに対する各メーカーの要件も異なります。コーティングが薄くなるリスクがあり、基本的には0.03〜0.04mmに過ぎず、リスクはさらに大きくなります。

5 レーザークラッディング補修 シールドオイルシリンダーピストンロッドのプロセス

5.1 被覆合金の選択
現在、レーザークラッディングに使用できるクラッド材料は、主に鉄系合金、ニッケル系合金、チタン系合金、銅系合金、複合材料などです。シールドオイルシリンダーを再製造する場合、コーティングの本来の硬度と耐腐食性を回復するために、主に鉄系ステンレス鋼材料とニッケル系材料を選択できます。
2つの材料を比較すると、ニッケルベースの材料は耐食性に優れていますが、それに伴うコストは高くなります。鉄ベースのステンレス鋼材料は、従来の電気めっきプロセスよりも耐食性に優れており、硬度は同等で材料コストは低くなります。そのため、現在の 表面処理 シールド推進シリンダーのピストンロッド再生では、主に鉄系ステンレス鋼材料が使用されています。

5.2 レーザークラッディングの前処理と後処理
超高速レーザークラッディングでは、オイルシリンダーの母材にピット、亀裂、錆などの欠陥があってはなりません。オイルシリンダーピストンロッドの表面には、表面品質（平坦度、滑らかさなど）が高く要求され、高品質のクラッディング表面を得るためには、母材の表面品質を向上させる必要があります。シールドによって再生されたオイルシリンダーピストンロッドの場合、旋削によってレーザークラッディングの要件を満たすことができます。
オイルシリンダーメンテナンスの超高速レーザークラッディングでは、前旋削工程を経て、元の電気メッキコーティング、刺繍ピットなどの欠陥が除去されていることを確認してから、ロッドの表面を色検出して元の応力による亀裂を回避し、欠陥のないクラッディング成形を行う必要があります。メンテナンスオイルシリンダーの片面クラッディング厚さについては、片面クラッディング厚さが厚いことを考慮して、後続の加工代が片側に0.15mmであることを確保する必要があります。
超高速レーザークラッディングの厚さは0.05〜1.5mmの範囲で、オイルシリンダーの実際の作業条件に応じてクラッディングの厚さを決定することができます。現在のシールドスラストシリンダーをレーザークラッディングする場合、片側の厚さは約0.3mmです。クラッディング後に研削を行い、最終的な有効コーティング厚さは片側0.2mmに保たれます。これにより、材料の使用量と後続の加工量を減らすことができます。超高速レーザークラッディング後、表面の平坦性を直接研削および研磨して、必要なサイズと仕上げを実現できます。

5.3 冷間溶接で修理されたピストンロッドのレーザークラッディング 冷間溶接で修理されたシリンダーの場合、レーザークラッディング後に欠陥がないことを確認するために、レーザークラッディング再製造の前に次の点を考慮する必要があります。
（１）補修対象となるピストンロッドまたはシリンダーについて、表面に密な冷間溶接点があるかどうか、深くて大きなピットがあるかどうかなど、基本的な判断を行う。ない場合は、上記のプロセスに従ってクラッディングを行うことができる。
（２）冷間溶接箇所がある場合には、溶接重ね部の割れや欠陥を防止するために、旋削後の部品に対して二次探傷検査を行う必要がある。
（３）冷間溶接の集中割れ、大きなピット、​​錆びピット、疲労割れなどに対しては、通常、局所的な旋削で欠陥を除去し、他の材料で埋めた後、全体にレーザークラッディングを施す。

6まとめ
超高速レーザークラッディング技術を使用し、機械加工、旋削、研削工程と組み合わせることで、シールド推進シリンダーピストンロッドを再製造することができ、従来の電気メッキ方法と比較して、環境保護、高効率、後続処理の簡単などの利点があります。
スルー 超高速レーザークラッディングプロセス適切なクラッディング材料を選択して、油圧シリンダーピストンロッドの耐腐食性と耐摩耗性の要件を達成し、再生シールドの使用要件を満たすことができます。