等离子堆焊在煤矿行业的应用

等离子堆焊技术在煤矿的应用
由于煤矿井下生产环境情况非常复杂，要求井下设备既要坚固耐用，又要具有很高的防爆性能。

煤矿井下工作面使用的刮板输送机、转载机、采煤机等设备因为担负整个工作面的开采和运输任务，刮板输送机同时还作为刮板输送机的行走轨道，磨损都非常严重。

同时这些设备的价值相对都比较高，现代化矿井的刮板输送机一般都在五六百万元以上，采煤机磨损部位主要是滚筒和截齿，滚筒的价值每个也要几十万到上百万 截齿每年的消耗量也在几十万元以上。

因为磨损问题煤矿企业每年都要损失近千万元，很大程度上影响了煤矿经济效益的提升。

尤其在近几年煤矿行业进入“寒冬”时期，千方百计降低生产成本势在必行。

应用一：刮板输送机耐磨处理
煤矿井下刮板输送机的磨损部位主要为：
1、机头架机尾架的中板、底板及槽帮钢。

2、中部槽的中板底板槽帮及滑靴道。

3、变线槽、过渡槽的中板、底板及槽帮。

4、链轮的链窝。

处理方案：利用等离子堆焊专用设备在刮板输送机的易磨损部位（如中板底板槽帮滑靴道等）堆焊一定形状的耐磨层，在刮板输送机运行时，刮板和链条不再直接磨损设备本体，而只磨损堆焊耐磨层，一个或两个工作面采完后刮板输送机基体基本不磨损，可以大大延长
刮板输送机的使用寿命降低了因磨损给煤矿企业带来的损失。

应用二：等离子堆焊无火花高强度截齿
截齿是采煤机和掘进机的主要磨损易耗件，消耗量很大，尤其遇到断层或夹矸较多时，消耗量会剧增。

每台采煤机每年需要消耗大约3000-5000支以上，每支按200元计算，每年将花费60万元以上。

另外更换采煤机截齿还会占用大量采煤时间，降低开机率。

如果不对损坏截齿进行及时更换，将不仅会对采煤机滚筒造成损坏，还会降低采煤效率。

采煤机或掘进机截齿在使用过程中一直处在高冲击、高摩擦的作用下，同时截齿还受到强大的弯曲应力和剪切应力，一般工作寿命都比较短。

其主要失效形式表现为：
1、在使用过程中因磨损合金头逐渐变小直至消失。

此种情况为正常失效，合金头与齿体同步均匀磨损，并且能够实现自锐性，保持齿尖的锋利，使用寿命较长，否则会出现单面磨损。

2、截齿头部齿体磨损过快导致合金头脱落。

由于包裹合金头的齿体耐磨性远低于合金头，在使用过程中快速磨损，致使合金头失去夹持力而脱落，仅靠齿体工作，迅速磨损，并且阻力增大，影响工作效率。

3、合金头在使用过程中碎裂。

由于合金头质量较差或在生产过程中热处理工艺不合理，导致合金头在热处理时多次受到激冷而产生内部微裂纹，当受到较大外力时会发生碎裂而使截齿失效。

4、齿身的弯曲或折断。

由于截齿的结构尺寸、刚度、布置方式不合理等原因，在受到很大的外力时发生齿身的弯曲或断裂。

等离子堆焊强化截齿的特点：
1、由于堆焊层的存在齿体头部得到了很好的保护，避免因齿体磨损导致合金头失去保护而脱落，提高了硬质合金的使用质量。

2、齿体的韧性和强度大大提高，弯断现象基本消除。

3、焊料充满度高达96%以上，焊接强度高。

4、堆焊合金层与顶底板岩石或矸石激烈碰撞或摩擦时不产生火花，提高了煤炭开采的安全性。

应用三：液压杆，缸修复
煤矿井下液压支架的磨损主要部位为：
1，液压杆外圆局部划伤及大面积腐蚀；
2，液压缸内壁磨损及腐蚀。

处理方案：利用等离子粉末堆焊将所需合金粉末熔覆到待修复的位置（外圆，内壁），从而达到所需要求，由于液压杆，缸表面光洁度要达到镜面状态，所以堆焊后需要经过车，磨加工。

等离子粉末堆焊热量低，加工余量小，成本低，堆焊后可以大大提高工件的使用寿命。

等离子堆焊技术是提高金属表面耐磨性、耐腐蚀性和耐冲击等性能的有效技术方法之一。

等离子堆焊技术是借助水冷系统的喷嘴对电弧产生拘束作用，以转移弧作为热源获得高能量密度的等离子弧，配合
合金粉末材料进行的表面冶金方法。

等离子炬的阴极电极和喷嘴（阳极）这两个部分被分别连接到负、正极，工作气体通过等离子炬，利用高频火花点火，气体被加热到很高的温度（约15000K）产生压缩的效果，在磁压缩、热压缩和机械压缩综合作用下从喷嘴射出一个温度极高，速度极大的等离子射流。

合金粉末进入等离子束后被瞬时地加热加速形成粒子射线，粒子的状态为熔融或半熔融状态，喷射到待加工的工件表面，在零件的表面发生熔融、混合、凝固等物理化学变化 最终和零件表面冶金结合。

等离子堆焊的特点：由于热压缩效应，磁压缩效应和机械压缩效应的综合影响，非转移型等离子弧的形成可以获得15000K或更高的温度，热量集中，它可以熔化高熔点，高硬度的粉末材料。

所以可以得到组织致密，孔隙率低与基材粘接强度高易于控制涂层厚度的涂层。

等离子堆焊过程中热影响区相对较小，零件变形小，堆焊过程中，显微组织和性能也无改变，不改变性质。

特别适合高强度钢，薄壁件，细长零件。

等离子堆焊具有以下优势：
1、热影响区小，结构不发生变化。

工件的温度可控制在小于250℃。

2、涂层的氧化物和杂质含量少，比电镀，渗碳，渗氮的涂层更厚，更硬，更防腐。

3、堆焊层与工件呈冶金结合，耐冲击，不脱落。

4、涂层光滑平整，并且可以精确地控制厚度。

5、堆焊速度快，低稀释率；等离子弧堆焊的稀释率可控制在5%一10%，或更低。

6、堆焊层组织致密，成型美观；堆焊过程易实现机械化、自动化。

7、可控性好。

可以通过改变功率、改变气体的种类、流量及喷嘴的结构尺寸来调节等离子弧的气氛、温度等电弧参数，从而实现高效自动化生产，提高劳动生产率。

8、使用材料范围广。

堆焊合金粉末作为熔敷材料，不受铸造、轧制、拔丝等加工工艺的限制，可依据不同性能要求配置不同成分的合金粉末，特别适用于那些难于制丝但是易于制粉的硬质耐磨合金，以获得所需性能的堆焊层。