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煤矿机械快速综合修复技术

煤矿机械(支柱、摇臂、电机、减速机)快速综合修复技术
费敬银,辛文利,王卫康
西北工业大学理学院应用化学系
 
 
摘要
本文针对煤矿机械的主要破坏形式,简要地说明了常用维修技术的特点与不足。介绍了煤矿支柱、摇臂、电机、箱体合理的维修方案,给出了FJY系列刷镀技术、离子液体催化金属冷焊快速修复技术等在煤机维修中的应用实例。指出综合采用恰当的维修技术,可以修复煤机磨损、拉伤、腐蚀等损伤等失效,修复质量稳定、可靠。
关键词: 煤机维修,液压支柱、摇臂修复、电机维修、电刷镀、冷焊、离子液体冷焊
 
1. 前言
煤矿机械会由于磨损、划伤、磕碰、腐蚀等原因而失效。例如:液压支柱会因为腐蚀、划伤、磕碰而渗漏;摇臂、减速机等会因为轴承位磨损而影响配合精度;电机轴、端盖会因为磨损而存在安全隐患。为了恢复失效零部件的尺寸精度和使用性能,人们有针对性地采用不同的修理方法对其进行修复,常用的方法包括:局部更换法、机械修理法、焊修法、电镀法、胶粘法、以及近年来出现的新型修复方法。例如,有人利用热喷涂、或电弧喷涂技术在镀铬支柱表面喷涂耐蚀、耐磨马氏体不锈钢,修复腐蚀损坏的支柱;用喷焊、或激光熔覆技术修复磨损的电机轴;用冷焊方法修复电机端盖;用补焊、喷焊或堆焊的方法修复摇臂;用气体保护熔丝焊方法修复减速机箱体的划伤等。每一种修复方法均有其特点和不足,本文将就新型维修技术修复煤矿机械存在的突出特点及存在的问题进行简要说明,并介绍FJY系列刷镀技术、离子液体催化快速冷焊修复技术在煤机修复中的特殊作用,以便煤机维修工作者能够在维修实践中做到具体问题具体分析,恰当地选用现代设备维修技术。
 
2. 煤矿支柱修复方法
目前,井下支柱的主要破坏方式是局部腐蚀,也有少量的磕碰伤或划伤。近年来,为了降低采煤企业的生产成本,支柱中的液压介质由油基改为水基,水基液压介质的使用常常导致金属支柱的严重腐蚀。此外,井下湿度大,且空气中含有大量易导致金属腐蚀的物质(如H2S、SO2、CO2以及大量的粉尘),腐蚀环境恶劣。为了防止支柱液压杆的腐蚀,支柱的外表面必须采用镀铬技术进行防腐、耐磨处理。但是,很多支柱生产企业为了降低成本,将规范的铜、镍、铬三层电镀工艺简化为一层镀铬工艺,即在钢铁基体上直接镀铬。虽然从外观上分辨不出标准镀铬工艺与简化镀铬工艺的差别,但是在实际使用中发现,钢铁上直接镀铬层的结合力差、孔隙率高,经常出现局部鼓泡、或点蚀现象,降低了支柱的使用寿命,增加了井下作业的危险性。
2.1传统修复方法——电镀修复法
电镀法(低温镀铁——镀铬)是修复井下支柱的传统方法。在电镀修复之前,采用机加或焊修的办法消除支柱的表面缺陷。对于锈蚀部位,采用机加(车削、磨削)的方法去除锈蚀层(见底、见光);对于磕碰伤、划伤等深度较大的破坏,先用焊修的办法填平凹坑,然后机加出光。电镀时,将机加整形的支柱经过适当的前处理后进行低温镀铁,再将镀铁后的支柱机加至设计要求的形位尺寸,然后采用标准的镀铬工艺进行表面镀铬加工,从而完成一个完整的修复过程,修复质量与新件相当。这种修复方法需要在有电镀废水处理条件的大规模电镀厂内进行,无法在维修车间或故障现场进行实时修复。
2.2近代修复方法——喷涂修复法
近年来,有人开始采用喷涂(热喷涂、电弧喷涂)不锈钢的方法修复锈蚀的支柱,一般认为,喷涂硬度较高的马氏体不锈钢有较好的使用效果。但是,在喷涂层与完好层之间无法实现平滑过渡,即使对喷涂层进行精磨,也无法消除喷涂部位与支柱完好部位交界处存在的明显台阶。如果密封环刚好在这个部位工作,渗漏不可避免。
由于喷涂层与基体之间是机械结合,且硬度较高喷涂层的抗冲击、抗变形能力差,在弯曲应力的作业下,有涂层剥落现象。
喷涂层多孔,且不锈钢材料抗氯离子(Cl-)点蚀能力差。如果不能恰当选用喷涂工艺及参数,或水基液压介质中的氯离子并未除净,修复部位在实际使用过程中会再次出现大面积锈蚀破坏。
2.3近代修复方法——FJY刷镀修复法
在FJY系列铬面刷镀技术面世之前,无法采用传统的刷镀技术修复井下支柱。自从西北工业大学首次在国内外研制成功了可在镀铬面上再次刷镀的技术铬面刷镀新技术之后,所有损坏的镀铬件(镀铬滚筒、液压缸、工程机械支柱、液压杆、井下支柱等)均可采用FJY系列铬面刷镀技术进行修复。
电刷镀修复镀铬支柱的工艺流程包括:机械整形,镀前处理(电净、活化等),打底层(铬面活化,铬面镀镍),快速加厚层(高速硬铜合金、离子液体冷焊),机加恢复形位尺寸(砂带机抛磨、研磨等),刷镀防腐、耐磨面层(刷镀镍基合金、刷镀铬等),抛光。
该刷镀技术能够在支柱修复广泛应用的关键在于:1. FJY铬面刷镀技术能够在镀铬面上再次刷镀高结合力的金属镀层;2. FJY系列快速、超厚镀液的沉积速度、镀厚能力是国外同类产品的10倍以上,单件修复效率远高于常规刷镀技术。若采用离子液体催化快速冷焊技术,填平1mm的凹坑,耗时小于10分钟。





3. 煤矿摇臂修复方法
摇臂是结构复杂的大型铸钢件,在摇臂的上有几十直径不同轴孔,不同孔中心之间有严格的尺寸链关系。如果一个孔的中心错位,所有配合件之间的尺寸关系都发生改变,影响摇臂的工作特性。因此修复煤矿摇臂孔的难度在于,不仅要恢复孔的尺寸,还要保证孔中心的位置不会因为大修而发生任何变化。
3.1传统修复方法——补焊修复法
可用两种补焊方法(热补焊法、冷补焊法)修复摇臂孔的磨损。热补焊是传统电焊方法的特殊应用,冷补焊法是基于电阻焊原理开发出的贴片维修方法。
热补焊法:热补焊是焊接方法的特殊应用。利用熔化焊丝在磨损部位堆积恢复厚度,然后再用机加的办法恢复孔的尺寸精度。由于摇臂是大型结构件,在一般的维修厂里无法进行焊后去应力热处理,因此,补焊时应尽量减少热量的输入,以防出现严重的变形、相组织以及机械性能的变化。然而,在实际焊修过程中,很难控制热量的输入,在无去应力热处理条件的情况下,可以采用自然时效或人工时效的方式减少焊修应力,最后进行机械加工。无论采用哪种消除应力的措施,热焊修复的摇臂都不可避免地存在焊后应力。如果补焊机加后的摇臂不能及时装配,孔的形位必将会因为应力释放而偏离正常位置。
冷补焊法:对于一些直径较大、宽度较小的孔,可以采用手工贴片冷焊的方式恢复尺寸。对于直径较小、深度较大,或同心不同直径的并排孔,无法用贴片方法进行修复,只能选用其它修复方法(如电刷镀、胶粘、离子液体冷焊等方法)。
3.2近代(最新)修复方法——电刷镀(离子液体催化冷焊)快速修复法
如上所述,不论采用哪一类焊修方法,均不能可靠地恢复摇臂原有的性能。目前,可以采用两种方法(电刷镀、离子液体催化冷焊)修复摇臂孔。
电刷镀方法:摇臂多为铸钢件,可按照《FJY系列刷镀技术用户指南》中给出的“铸件(铸铁、铸钢)刷镀修复工艺”进行修复。需要特别指出的是,使用过的摇臂有较重的油污,在镀前处理过程中,要彻底除净待镀面及其周边的油污,必要时,可采用烘烤除油法(氧-乙炔火焰,或酒精喷灯烘烤除油)。虽然采用FJY系列电刷镀方法可以修复摇臂上直径不同轴孔,但镀液回收困难,浪费较大。此外,摇臂不可能以孔为中心旋转,刷镀时,很难将相对运动速度控制在恰当的范围内,且难以控制镀层厚度的均一性,镀后修磨麻烦。
近年来,西北工业大学研制成功的“离子液体催化金属冷焊快速修复技术”在零部件修复领域的应用越来越广。该技术的十大突出特点(详见《中国刷镀网》“技术支持”栏目中的相关介绍)必将使其在设备维修领域占有重要地位。该技术特别适合修复大型基础件(各种带孔壳体等)上直径较小(60mm以下)深孔部位的磨损或加工超差,且焊层厚度控制容易,允许边施工、边测量孔径,直至厚度满足产品设计要求。一般情况下,修复直径小于60mm,超差小于30丝的孔类零件,时间不会超过5分钟。实际维修经历表明,对于一台大修摇臂(待修孔至少15个以上),大约只用半天的时间,便可以完成所有孔的尺寸恢复工作。




4. 煤矿电机修复方法
与常规电动机相比,对煤矿电机有更高的安全要求(如防爆性能等)。如果出现电机端盖磨损、轴承磨损、转子轴磨损、或转子轴弯曲现象,转子与定子之间的间隙发生变化,电机的输出功率、动平衡等会劣化,甚至出现“扫膛现象”。如果因“扫膛”而导致线圈“打火”,就会存在井下“失爆”的风险。
4.1传统修复方法——焊修法、喷涂法等
对于标配轴承的磨损,一般是更换新轴承,无须修理。对于特殊的、非标的轴承,可用刷镀方法恢复内圈、或外圈的尺寸(参照《FJY刷镀用户指南》“合金钢零件刷镀工艺”进行修复)。
对于端盖磨损的修复,可以采用刷镀、贴片冷焊或喷涂法进行修复。由于端盖是薄壁件,不宜采用电焊、或喷焊方法进行修复,否则会出现修后应力释放变形问题。
对于磨损、或拉伤的转子轴,也可以采用刷镀、贴片冷焊或喷涂法进行修复。绝对不能用电焊或喷焊的方法进行修复。因为带有线圈的转子不可能在焊后进行去应力退火,,所以焊修应力无法消除,转子工作时振动疲劳会在应力集中处诱发疲劳裂纹,长期使用会出现转子断轴现象。
4.2近代修复方法——离子液体催化快速修复法
如上所述,对于电机端盖或转子轴磨损的修复,不能采用热修法,只能采用常温修复法,如激光熔覆、离子液体冷焊等技术等。激光熔覆特别适合修复轴径磨损,并具有表面强化效果,修复层与基体结合力好。但是,激光熔覆不便修复轴承座孔的超差,且设备投资昂贵,无法实施现场维修。采用“离子液体催化金属冷焊快速修复技术”,可以在近室温(50±25℃)条件下快速修复轴、孔类零件,对工件无不良热影响。焊层与基体间为金属键结合,修复质量稳定、可靠。



5. 减速机修复方法
与通用机械相似,减速机的磨损包括齿轮轴、轴承、轴承座孔,以及齿轮啮合面的磨损(麻点)。除齿轮啮合面点蚀之外,减速机其它部件磨损的修复方法与电机磨损件的修复方法相同。
齿轮啮合面的磨损是一种特殊的磨损形式——粘着磨损。因此,要保证啮合面修后使用效果,必须保证修复部位与完好部位有相同的物理、化学、机械性能。仅仅只恢复形位尺寸,不可能达到修旧如新的效果。
在生产齿轮过程中,一般都将齿轮进行渗碳、或氮化处理,啮合面上有较厚的碳化或氮化层。到目前为止,对于齿轮啮合面麻点的修复除了采用传统的局部更换修理法外(详见西北工业大学出版的高等学校教材(费敬银主编)《机械设备维修工艺学》),其它维修方法只能用于应急修复,不能从根本上解决啮合面点蚀修复问题。




6. 结论
本文简述了不同维修技术在煤矿机械修复应用中的特点与不足。随着新型维修技术、材料、装备的出现,冷态修复技术(补片、胶粘、刷镀、激光熔覆、离子液体冷焊等)在煤机维修中的应用将日益广泛,煤机维修产业的作用、地位、经济效益也将随之而迅速提高。

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