Исследование основано на потребностях лазерной наплавки при производстве и восстановлении гидравлических опор угольных шахт. Функции, структуры и ключевые технологии оборудование для лазерной облицовки внутренних и внешних стен изучаются и выявляются направления развития оборудования, чтобы обеспечить справочную информацию для смежных отраслей.

Технология лазерной наплавки использует высокоэнергетические лазерные лучи в качестве источников тепла для плавления металлических порошковых материалов на поверхности деталей для подготовки высокоэффективных защитных покрытий, повышения твердости поверхности деталей и компонентов, а также устойчивости к износу, коррозии, окислению и высоким температурам, тем самым продлевая срок службы деталей.

Гидравлическая опора является основным вспомогательным оборудованием в комплексном процессе разработки угольных шахт. Гидравлическое вспомогательное оборудование работает в шахте длительное время и выдерживает большие нагрузки. Из-за сложной и суровой рабочей среды оборудование легко подвергается коррозии и изнашиванию, что приводит к нарушению герметичности и сокращению срока службы оборудования. Традиционное производство и восстановление гидравлических опор в основном использует процессы холодной дуговой сварки и гальваники. Сварка холодной дугой имеет такие проблемы, как низкая эффективность производства и высокая степень разбавления, в то время как гальваника является процессом с высоким уровнем загрязнения и постепенно будет заменена. Производство и восстановление гидравлических опор с лазерной наплавкой — это передовая, экологичная и экологически чистая новая технологическая технология, которая может эффективно повысить эффективность производства, а также износостойкость и коррозионную стойкость гидравлических опор, продлить срок их службы и заменить традиционные процессы холодной дуговой сварки и гальваники. . Поэтому перспективы рынка изготовления и восстановления гидравлических опор с использованием технологии лазерной наплавки широки.

1 Статус развития оборудование для лазерной наплавки для внутренних и наружных стенок гидравлических опор угольных шахт

В последние годы, с быстрым развитием волоконной лазерной технологии, технология лазерной наплавки широко используется при изготовлении и восстановлении внешнего цилиндра и наружной стенки поршня гидравлических опор угольных шахт. В настоящее время растет спрос на обработку лазерной наплавкой для изготовления и восстановления наружного цилиндра и внутренней стенки среднего цилиндра гидравлических опор, и необходимо срочно разработать интеллектуальное оборудование, отвечающее лазерной наплавке внутреннего и внешнего цилиндра. стенки гидроопор.

Оборудование для лазерной наплавки для внутренних и наружных стен включает в себя множество аспектов композитной технологии. Поскольку используемая технология является междисциплинарной, межотраслевой и сложной, она развивалась относительно медленно. В настоящее время разработка и применение оборудования для лазерной наплавки внутренних и наружных стенок гидравлических опор угольных шахт в Китае все еще находится в зачаточном состоянии. Большинство продуктов, вышедших на рынок, имеют мощность ниже 6 кВт, а эффективность лазерной облицовки внутренних стен ниже, чем эффективность облицовки наружных стен. Поэтому существует острая необходимость в получении более мощного и более эффективного оборудования для лазерной облицовки внутренних и внешних стен мощностью 10,000 XNUMX Вт. Головка для лазерной наплавки занимает небольшое пространство во время обработки внутренней стены и длительное время работает в условиях высокой температуры и высокой концентрации дыма, что затрудняет непрерывную работу головки для лазерной наплавки в глубоких и глухих отверстиях. Затраты на использование и техническое обслуживание высоки, наплавочная головка имеет плохую стабильность, низкую эффективность наплавки и низкий расход порошка. Эти технические проблемы препятствуют промышленному продвижению оборудования и технологий лазерной наплавки внутренних и внешних стенок в отрасли гидравлической поддержки угля.

2 Состав оборудования для лазерной наплавки внутренних и наружных стен гидроопор угольных шахт

В соответствии со спецификациями и типами гидравлических опор в отечественной угольной промышленности, оборудование для лазерной наплавки внутренних и внешних стенок, подходящее для более чем 90% потребностей в обработке лазерной наплавки гидравлических опор в угольных шахтах, представленных на рынке, должно соответствовать требованиям минимальное отверстие обработки не менее 160 мм, глубина не менее 3000 мм и нагрузка на станок не менее 2500 кг. Он также должен соответствовать требованиям обработки лазерной наплавки внутренней стенки внешнего цилиндра, внутренней стенки и внешней стенки среднего цилиндра, а также внешней стенки плунжера гидравлической опоры. В то же время он подходит для процесса плакирования различных металлических материалов, таких как порошок на основе железа, порошок медного сплава и порошок нержавеющей стали. С учетом требований пользователя к эффективности оболочки мощность лазера должна составлять не менее 6 кВт. Оборудование, подходящее для лазерной наплавки внутренних и наружных стенок гидравлических опор в угольных шахтах, в основном состоит из пяти частей: станка для лазерной наплавки, головки для лазерной наплавки, лазера, водяного охладителя и устройства подачи порошка, как показано на рисунке 1.

2.1 Станок для лазерной наплавки

Станок для лазерной наплавки является ключевым компонентом оборудования для лазерной наплавки внутренних и внешних стенок, который позволяет заготовке и головке для лазерной наплавки осуществлять автоматическое движение обработки лазерной наплавки. Станок для лазерной наплавки внутренней и внешней стенок с гидравлической опорой включает в себя станину, напорный ящик, систему управления, механизм поддержки, заднюю бабку, механизм трехосного перемещения и стержень для крепления лазерной головки, как показано на рисунке 2. Среди них: кровать является несущим элементом для установки различных модулей и компонентов движения; напорный ящик обычно фиксируется на одном конце станины, чтобы привести заготовку во вращение; система управления используется для управления автоматическим движением станка; при обработке заготовки внутренней стенки опорный механизм используется для поддержки внешней стенки заготовки и имеет функцию регулируемого диапазона диаметра опоры, что удобно для удовлетворения требований обработки заготовок различного диаметра; при обработке заготовки внешней стенки задняя бабка используется для поддержки заготовки и имеет функции поперечного скольжения и быстрого позиционирования, что удобно для переключения между заготовками внутренней и внешней стенки и перемещения задней бабки при переключении заготовок разной длины; механизм трехосного движения может управлять лазерной наплавочной головкой для достижения осевого движения в трех направлениях: вверх и вниз, вперед и назад, влево и вправо; Чтобы уменьшить длину лазерной головки, на монтажный стержень лазерной головки установлена ​​головка с внутренним отверстием для лазерной наплавки, чтобы увеличить прочность лазерной головки, тем самым улучшая стабильность внутреннего оптического пути лазерной головки, так что лазерная головка может обрабатывать внутреннюю стенку глубокого отверстия глубиной более 3000 мм.

В настоящее время в широко используемых на рынке лазерах для лазерной наплавки обычно используются волоконные лазеры, которые относятся к четвертой категории лазерных продуктов. Этот тип лазерного прямого луча и зеркально отраженного луча может серьезно повредить глаза и кожу оператора, поэтому машина для лазерной наплавки внутренних и внешних стен должна быть оборудована необходимыми защитными кожухами от лазера. В процессе лазерной наплавки образуется большое количество дыма и пыли. Дым содержит вредные вещества, которые вызывают загрязнение окружающей среды и влияют на здоровье работников. Поэтому машина для лазерной наплавки также должна иметь эффективные устройства для дымления и удаления пыли.

2.2 Лазерная наплавочная головка

Производительность головки для лазерной наплавки, являющейся ключевым компонентом процесса лазерной наплавки, напрямую влияет на качество наплавки, эффективность наплавки и коэффициент использования порошка. Конструкция головки для лазерной наплавки внутренних и внешних стенок, подходящей для лазерной обработки внутренних стенок, является ключевой технической проблемой при разработке оборудования для лазерной наплавки внутренних и внешних стенок для гидравлической поддержки угольных шахт. В отличие от головки для лазерной наплавки внешней стены, головка для лазерной наплавки внутренней и внешней стены должна работать в небольшом пространстве, поэтому необходимо тщательно интегрировать конструкцию лазерных лучей, порошков, охлаждающей воды и защитного газа в ограниченном пространстве. Во время обработки внутренних стен головка для лазерной наплавки внутренних стен продолжает работать в суровых условиях с высокой температурой и высокой концентрацией дыма и пыли, что склонно к выгоранию защитных линз и оптических линз, что приводит к дефектам качества облицовки. Поскольку такие дефекты обнаружить нелегко, головка для лазерной наплавки внутренней стенки должна иметь эффективное водяное охлаждение и необходимые функции мониторинга и сигнализации нештатных ситуаций. В настоящее время технические средства мониторинга, обычно используемые отечественными компаниями, занимающимися исследованиями, разработками и производством сопутствующих товаров, - это мониторинг и сигнализация отклонений потока воды, воздуха, давления и температуры.

Головки для лазерной наплавки внутренней и внешней стенки обычно используют два метода: широкополосную лазерную наплавку с предварительной подачей порошка и высокоскоростную лазерную наплавку с синхронной подачей порошка. Широкополосная лазерная наплавочная головка с предварительно настроенной подачей порошка обладает преимуществами высокой мощности лазера, высокой эффективности наплавки и высокого использования порошка. Высокоскоростная лазерная наплавочная головка с синхронной подачей порошка имеет небольшую тепловую мощность, которая оказывает незначительное тепловое воздействие на подложку заготовки, а плоскостность поверхности плакирующего слоя высока, а объем обработки после плакирования невелик. При обработке внутренней стенки наружного цилиндра гидроопоры необходимо достичь положения вблизи дна цилиндра. Таким образом, головки для лазерной наплавки внутренней и внешней стенки должны иметь требования к обработке глухих отверстий, а оптический путь головки для лазерной наплавки должен иметь конструкцию с наклоном вперед. Наклоненный вперед оптический путь широкополосной лазерной наплавочной головки с заданной подачей порошка обычно использует коллимирующую линзу для коллимации лазерного луча, а затем преломляет и формирует лазерный луч через интегрирующее зеркало с углом преломления более 90 ° для получения требуемого Форма пятна в рабочем положении показана на рисунке 3. Обычно существует две формы наклоненного вперед оптического пути высокоскоростной лазерной наплавочной головки с синхронной подачей порошка. Один из них — использовать коллимирующую линзу для коллимации лазерного луча, а затем преломлять и сводить лазерный луч через внеосевое параболическое зеркало с углом преломления более 90 дюймов, как показано на рисунке 4; другой — использовать коллимирующую линзу для коллимации лазерного луча, затем свести коллимированный лазерный луч через фокусирующую линзу и, наконец, преломить лазерный луч через плоское зеркало с углом преломления более 90 °, как показано на рисунке 5.

2.3 Порошковый питатель

Чтобы сократить расстояние подачи трубы подачи порошка и повысить точность подачи порошка, устройство подачи порошка оборудования для лазерной наплавки внутренней и внешней стенок гидравлической опоры угольной шахты обычно фиксируется на станке и перемещается с помощью трехмерного механизма. механизм перемещения оси станка. Поскольку металлический порошок необходимо подавать в лазерную головку в заготовке с глубоким отверстием, в оборудовании для лазерной наплавки внутренних и внешних стенок обычно используется устройство подачи порошка газа-носителя. При использовании предварительно установленной технологии обработки широкополосной лазерной наплавки с подачей порошка порошок должен попадать в переднюю часть сопла для подачи порошка, а давление воздуха, несущего порошок, удаляется, чтобы газ, несущий порошок, не влиял на качество распределения порошка при подаче порошка. насадка на заготовку.

3 Тенденция развития оборудование для лазерной наплавки для внутренних и наружных стенок гидравлических опор угольных шахт

Чтобы продлить срок службы головки для лазерной наплавки, необходимо оптимизировать контур охлаждающей воды и структуру контура защитного газа головки для лазерной наплавки, оптимизировать параметры процесса и разработать металлические материалы, подходящие для обработки облицовки внутренних стен, чтобы уменьшить дымообразование. и брызги, образующиеся в процессе облицовки. В процессе наплавки на внутреннюю стенку заготовки нелегко наблюдать за рабочим состоянием лазерной наплавочной головки и качеством поверхности плакирующего слоя. Он должен развиваться в направлении функциональной диверсификации, отображать информацию о потоке порошка и ванне расплава процесса плакирования в режиме реального времени, а также автоматически оценивать стабильность процесса плакирования с помощью системы управления. В то же время устройство обнаружения автоматически собирает и отображает параметры однородности плакирующего слоя и автоматически определяет, соответствует ли заготовка параметрам, установленным пользователем.

Эффективность производства связана с корпоративной прибылью. Изучая головки для лазерной наплавки, металлические материалы и параметры процесса, подходящие для более высокой мощности, можно повысить эффективность обработки лазерной наплавки. В условиях быстрого развития технологий автоматизации, нехватки рабочей силы и стремления людей к хорошей рабочей среде станки для лазерной наплавки в будущем должны развиваться в направлении автоматизации, такой как автоматическая загрузка и беспилотные производственные линии, сокращая трудозатраты и одновременно улучшая качество продукции. и эффективность производства.

Заключение 4

В настоящее время оборудование для лазерной наплавки внутренних и внешних стен продвигается и применяется в сфере производства и восстановления гидравлических опор угольных шахт. Его основные функции изначально отвечают требованиям промышленного применения, а разрыв с зарубежной техникой по функциональному разнообразию и стабильности работы становится все меньше и меньше. Благодаря быстрому развитию и интеграции в моей стране технологий интеллектуального оборудования, лазерных технологий, технологий обнаружения, систем управления, металлических материалов и т. д., оборудование для лазерной облицовки внутренних и внешних стен гидравлической опоры угольных шахт станет более совершенным с точки зрения функциональности и стабильность в будущем.