本发明涉及一种激光熔覆修复方法，具体涉及一种液压支架活柱外表面激光熔覆修复方法。
背景技术：
液压支架是煤矿井下重要的支护设备，在工作过程中，液压支架活柱容易遭到飞溅的煤矸石撞击而出现表面损伤，且井下环境潮湿相对湿度大，存在大量的so2、h2s、cl2等多种腐蚀介质，加速了活柱外表面的腐蚀，这样就会破坏活柱的密封效果，造成液压支架活柱配合的油缸出现失压、泄压等问题，导致液压支架举升力下降，降低生产效率，威胁生产安全。由于液压支架设备尺寸大，采购成本高，在国家大力倡导建设资源节约型、环境友好型社会，发展循环经济的背景下，对因磨损、腐蚀失效的液压支架活柱进行修复具有重要的意义。近年来，国内各大煤矿采取了多种技术方法对液压支架活柱外表面进行修复，比较成熟的修复方法主要有以下四种：
(一)焊丝、焊条表面堆焊法。该方法是修复液压支架活柱外表面的常规工艺之一，该工艺是通过预处理、补焊、打磨、抛光等工序对活塞杆表面损伤进行修补，恢复其原尺寸。在其补焊环节中，补焊部分外围温度不得超过400℃，当温度超过该温度时，要停止补焊，等温度低于100℃时，再继续操作。该工艺的优点是成本较低，操作简单，但是由于其工艺繁琐、变形较大、效率低下而不能保质保量的满足煤矿液压支架修复要求。
(二)表面镶嵌不锈钢外套法。该方法是一种很环保而又能使液压支架活柱表面具有一定的抗磨蚀性能的方法，它是将液压支架活柱摩擦段的外表面包裹上不锈钢外套。该工艺具有无污染，操作简单等优点，但是由于不锈钢外套与液压支架活柱本体之间的配合间隙难以控制而导致其成功率较低，另外虽然不锈钢具有一定的耐磨蚀性能，但是还远不能满足井下恶劣工况的要求。
(三)热喷涂法。该方法是利用某种热源(如电弧、等离子喷涂或燃烧火焰等)将粉末状或丝状的金属或非金属材料加热到熔融或半熔融状态，然后借助焰流本身或压缩空气以一定速度喷射到预处理过的液压支架活柱表面，沉积而形成具有各种功能的表面涂层的一种技术。液压支架活柱外表面修复常用的热喷涂法有超音速火焰喷涂和电弧喷涂技术，热喷涂法虽然具有操作简单，效果优良等特点，但是同时具有涂层与基材结合力差，工作环境恶劣等缺陷。
(四)表面电镀法。该方法是利用电解原理在液压支架活柱外表面上镀上一薄层其它金属或合金，从而起到防腐蚀，提高耐磨性的效果，是目前液压支架活柱等工件实现修复最常用的方法。常见的电镀工艺有镀硬铬、镀镍-磷工艺，将失效后的液压支架活柱外表面经过化学退镀、电镀打底层、电镀、外圆打磨抛光实现表面的修复。虽然该修复方法成本低、易于操作、表面质量好，但是镀层厚度有限，一方面使用过程中容易出现大面积的起皮、鼓包，修复后使用寿命短，另一方面电镀过程会产生、含铬废水和废气，造成严重的环境污染。
因此，提供一种能够有效替代电镀的、性价比高的液压支架耐蚀修复方法，是我国煤炭行业亟需且必须解决的问题。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的缺陷，本发明提出了一种液压支架活柱外表面的激光熔覆修复方法，该激光熔覆修复方法操作简单，修复效果好，经修复后的液压支架活柱外表面熔覆层成品厚度为0.5-0.6mm，表面粗糙度ra≤0.4，熔覆层宏观硬度为hrc45-55，aass盐雾试验耐腐蚀时间＞2000小时，能够完美替代现有的电镀修复技术。
为实现发明目的，本发明采用的技术方案为：
本发明首先提供了一种激光熔覆用铁基合金粉末，按质量百分比计，所述激光熔覆用铁基合金粉末的成分组成为：cr16％-20％，ni2％-6％，si0.5％-2.5％，b0.1％-1％，c0.1％-0.5％，mn0.1％-0.5％，mo0.1％-0.5％，v0.1％-0.3％，余量为fe。
根据上述的激光熔覆用铁基合金粉末，优选地，按质量百分比计，所述激光熔覆用铁基合金粉末的成分组成为：cr18.5％，ni3.5％，si2.0％，b1.0％，c0.2％，mn0.3％，mo0.4％，v0.3％，余量为fe。
本发明还提供了一种液压支架活柱外表面激光熔覆修复方法，包括以下步骤：
(1)采用车床对待修复的液压支架活柱外表面进行车削加工，去除液压支架活柱外表面的疲劳层、电镀层，然后对车削后的液压支架活柱外表面进行清洗；
(2)将上述的激光熔覆用铁基合金粉末装入激光熔覆设备中，采用激光熔覆设备对经步骤(1)处理后的液压支架活柱外表面进行激光熔覆，形成激光熔覆层；
(3)采用车床对激光熔覆后的液压支架活柱外表面进行粗车；
(4)采用磨床对粗车后的液压支架活柱外表面进行磨削加工，然后对液压支架活柱外表面进行抛光处理，抛光后液压支架活柱外表面的粗糙度ra≤0.4；
(5)对抛光后的液压支架活柱外表面进行气孔、缺陷的检查、探伤，确认无缺陷后即完成液压支架活柱外表面的激光熔覆修复。
根据上述的激光熔覆修复方法，优选地，步骤(1)中所述清洗是用酒精或丙酮擦拭液压支架活柱外表面，清除其外表面的油污、杂质等。
根据上述的激光熔覆修复方法，优选地，步骤(2)所述激光熔覆过程中，激光的功率为3.8-4.2kw，激光熔覆扫描速度为300-360mm/min，激光聚焦光斑的尺寸为18mm×2mm，离焦量为275-280mm，送粉量为48-60g/min。
根据上述的激光熔覆修复方法，优选地，步骤(2)中激光熔覆过程激光的功率为4kw。
根据上述的激光熔覆修复方法，优选地，步骤(2)所述激光熔覆过程中，采用的保护气为氩气，所述氩气的流量为4-6l/min。
根据上述的激光熔覆修复方法，优选地，步骤(2)所述激光熔覆过程中，送粉电压为45-50v。
根据上述的激光熔覆修复方法，优选地，步骤(2)中所述激光熔覆层的厚度为1.6-1.8mm。
根据上述的激光熔覆修复方法，优选地，步骤(2)中所述激光熔覆用铁基合金粉末在加入激光熔覆设备前需要进行预热、保温处理；其中，所述预热温度为150-200℃，预热时间为2-3h；所述保温温度为30-50℃，保温时间为1-1.5h。
根据上述的激光熔覆修复方法，优选地，步骤(2)中步骤(2)中所述激光熔覆设备包括底座、电源和冷水系统(所述冷水系统用于对激光发射装置进行冷却)；所述底座上设有工作台，所述工作台上设有送粉系统、激光发射装置和执行机构；所述执行机构包括机床控制柜、移动导轨、装夹卡盘和粉末回收盘；所述装夹卡盘包括顶紧组件、与机床控制柜连接的旋转卡盘，所述顶紧组件设置在移动导轨上；若干粉末回收盘并列排布在顶紧组件与旋转卡盘之间的移动导轨上。
更加优选地，所述的顶紧组件包括顶紧控制箱、电机、支撑座、顶紧轴及顶尖；所述顶紧轴通过支撑座设于顶紧控制箱上，顶尖设于顶紧轴端部，顶紧控制箱侧面设置有与电机输出轴连接的传动齿轮，底座侧面设有与传动齿轮啮合的齿条；顶尖与旋转卡盘的中心在同一直线上；顶紧控制箱上设置有顶紧控制面板。
更加优选地，所述的送粉系统包括送粉器、横向移动机构、纵向移动机构和上下移动机构；所述送粉器上设有送粉嘴；所述横向移动机构、纵向移动机构和上下移动机构均用于调整送粉嘴与待熔覆工件之间的距离。
更加优选地，所述的激光发射装置为半导体激光器。
更加优选地，所述机床控制柜上设置有机床控制面板。
更加优选地，相邻的粉末回收盘侧边无缝隙对接并滑动卡扣在移动导轨上。
根据上述的激光熔覆修复方法，优选地，步骤(5)中激光熔覆修复完成后，所述液压支架活柱外表面激光熔覆层的厚度为0.5-0.6mm、表面粗糙度ra≤0.4，所述熔覆层宏观硬度为hrc45-55，aass盐雾试验耐腐蚀时间＞2000小时。
本发明取得的积极有益效果为：
(1)在本发明激光熔覆用铁基合金粉末中，cr、ni和si为影响熔覆层性能的主要元素，其中，cr主要用于提高熔覆层的耐蚀性，形成富铬碳化物(如fe-cr-c)，提高熔覆层的腐蚀电位，容易形成致密钝化膜，保证激光熔覆层具有较好的耐蚀性；ni则主要通过和铁无限固溶，影响富铬碳化物的成分组成以及其长大速率，改变熔覆层组织中不同区域fe、cr浓度分布，减少贫cr区的形成，从而保证熔覆层具有均匀的耐腐蚀性能；c主要与合金中的ni、cr等元素形成硬度极高的碳化物，保证熔覆层的硬度；适量的si，不仅能够和cr、mo等形成强化相，而且具有很强的脱氧能力，保证熔覆层的性能；微量的b、mn、mo、v主要是调整粉末的焊接性和工艺性能，从而保证激光熔覆层表面无气孔、裂纹。因此，采用本发明的铁剂合金粉末能够在液压支架活柱外表面形成硬度高、耐腐蚀性能强的致密激光熔覆层，而且，激光熔覆层表面无气孔、裂纹。
(2)本发明激光熔覆修复方法形成的激光熔覆层表面宏观硬度可达hrc45-55，大大提高了激光熔覆层的耐磨损及抗划伤性能。
(3)本发明的激光熔覆修复方法能够在环保的前提下修复因磨损、腐蚀等失效的液压支架活柱外表面，而且修复后的液压支架活柱外表面熔覆层成品的厚度为0.5-0.6mm，表面粗糙度ra≤0.4，aass盐雾试验耐腐蚀时间大于2000小时，因此，相比传统电镀层厚度(0.03-0.06)，本发明激光熔覆修复方法形成的激光熔覆层厚度显著增加，而且，激光熔覆层硬度高、耐蚀性强，不易被碰坏，使用寿命更长。
(4)本发明的激光熔覆修复方法由于激光熔覆层成品厚度大，同时熔覆层与基材之间为冶金结合，因此经修复后的液压支架活柱外表面在井下工作室不易产生表面起皮、鼓包。
(5)相比现有的液压支架活柱外表面修复技术，本发明激光熔覆修复方法不仅工艺适用性好、环保无污染，而且在大幅提高修复性能的前提下兼顾了良好的经济适用性，性价比高，具有良好的市场推广前景。
(6)本发明结构简单，设计新颖、合理，待熔覆工件装夹在旋转卡盘和顶尖之间，送粉系统和激光发射装置对工件进行激光熔覆，不同直径尺寸的工件可通过横向移动机构、纵向移动机构和上下移动机构来调整送粉嘴和工件之间的距离，以实现更好地进行工件的激光熔覆修复，提高工件激光熔覆修复质量和效率，在作业过程中通过粉末回收盘对未完全溶解反应的粉末进行回收，减少资源浪费和环境污染，对回收后的粉末进行过筛可实现二次利用，通过传动齿轮和齿条实现顶紧组件与旋转卡盘之间的间距，以实现更好、地方便、快捷地对待熔覆工件进行装夹，操作人员通过控制柜上控制面板进行作业控制，大大简化操作步骤，降低作业强度，提高粉末利用率，节约成本。
附图说明
图1为实施例中装置结构示意图；
图2为图1中a区域放大示意图；
图3为图1中b区域放大示意图。
图中标号，标号1为冷水系统，标号2为旋转卡盘，标号3为横向移动机构，标号4为纵向移动机构，标号5为送粉器，标号6为上下移动机构，标号7为激光发射装置，标号8为顶紧组件，标号9为顶紧控制面板，标号10为送粉嘴，标号11为粉末回收盘，标号12为机床控制面板，标号13为电源，标号14为顶紧控制箱，标号15为电机，标号16为电机输出轴，标号17为底座，标号18为底座侧面，标号19为齿条，标号20为传动齿轮。
具体实施方式
以下通过具体的实施例对本发明作进一步详细说明，但并不限制本发明的范围。
实施例1：
一种激光熔覆用铁基合金粉末，按质量百分比计，所述激光熔覆用铁基合金粉末的成分组成为：cr18.5％，ni3.5％，si2.0％，b1.0％，c0.2％，mn0.3％，mo0.4％，v0.3％，余量为fe。
实施例2：
一种激光熔覆用铁基合金粉末，按质量百分比计，所述激光熔覆用铁基合金粉末的成分组成为：cr18％，ni5％，si2％，b0.4％，c0.3％，mn0.2％，mo0.4％，v0.1％，余量为fe。
实施例3：
一种激光熔覆用铁基合金粉末，按质量百分比计，所述激光熔覆用铁基合金粉末的成分组成为：cr20％，ni6％，si2.5％，b1％，c0.1％，mn0.5％，mo0.5％，v0.3％，余量为fe。
实施例4：
一种激光熔覆用铁基合金粉末，按质量百分比计，所述激光熔覆用铁基合金粉末的成分组成为：cr20％，ni4％，si2％，b0.5％，c0.5％，mn0.3％，mo0.4％，v0.3％，余量为fe。
实施例5：
一种激光熔覆用铁基合金粉末，按质量百分比计，所述激光熔覆用铁基合金粉末的成分组成为：cr16％，ni3％，si1％，b0.6％，c0.2％，mn0.1％，mo0.1％，v0.1％，余量为fe。
实施例6：
一种激光熔覆用铁基合金粉末，按质量百分比计，所述激光熔覆用铁基合金粉末的成分组成为：cr18％，ni2％，si0.5％，b0.1％，c0.3％，mn0.3％，mo0.3％，v0.2％，余量为fe。
实施例7：
一种激光熔覆用铁基合金粉末，按质量百分比计，所述激光熔覆用铁基合金粉末的成分组成为：cr17％，ni4％，si1％，b0.5％，c0.5％，mn0.2％，mo0.3％，v0.1％，余量为fe。
实施例8：
一种液压支架活柱外表面的激光熔覆修复方法，包括以下步骤：
(1)采用车床对待修复的液压支架活柱外表面进行车削加工，去除液压支架活柱外表面的疲劳层、电镀层，然后对车削后的液压支架活柱外表面进行清洗；
(2)将激光熔覆用铁基合金粉末装入激光熔覆设备中，采用激光熔覆设备对经步骤(1)处理后的液压支架活柱外表面进行激光熔覆，形成激光熔覆层；
(3)采用车床对激光熔覆后的液压支架活柱外表面进行粗车；
(4)采用磨床对粗车后的液压支架活柱外表面进行磨削加工，然后对液压支架活柱外表面进行抛光处理，抛光后液压支架活柱外表面的粗糙度ra≤0.4；
(5)对抛光后的液压支架活柱外表面进行气孔、缺陷的检查、探伤，确认无缺陷后即完成液压支架活柱外表面的激光熔覆修复。
其中，步骤(2)中，所述激光熔覆用铁基合金粉末为实施例1所述的激光熔覆用铁基合金粉末；所述激光熔覆过程中，激光的功率为4kw，激光熔覆扫描速度为340mm/min，激光聚焦光斑的尺寸为18mm×2mm，离焦量为278mm，送粉量为56g/min，采用的保护气为氩气，所述氩气的流量为5l/min，所述激光熔覆层的厚度为1.6-1.8mm。
实施例9：
实施例9的内容与实施例8基本相同，其不同之处在于：
步骤(2)中，所述激光熔覆用铁基合金粉末在加入激光熔覆设备前需要进行预热、保温处理，其中，所述预热温度为180℃，预热时间为2.5h；所述保温温度为40℃，保温时间为1.5h。
激光熔覆修复完成后，所述液压支架活柱外表面激光熔覆层的厚度为0.5-0.6mm。
实施例10：
实施例10的内容与实施例8基本相同，其不同之处在于：
步骤(2)中，所述激光熔覆过程中，激光的功率为3.8kw，激光熔覆扫描速度为300mm/min，激光聚焦光斑的尺寸为18mm×2mm，离焦量为275mm，送粉量为48g/min，采用的保护气为氩气，所述氩气的流量为4l/min；所述激光熔覆层的厚度为1.6-1.8mm。
所述激光熔覆用铁基合金粉末在加入激光熔覆设备前需要进行预热、保温处理；其中，所述预热温度为200℃，预热时间为2h；所述保温温度为50℃，保温时间为1h。
激光熔覆修复完成后，所述液压支架活柱外表面激光熔覆层的厚度为0.5-0.6mm。
实施例11：
实施例11的内容与实施例8基本相同，其不同之处在于：
步骤(2)中，所述激光熔覆过程中，激光的功率为4.2kw，激光熔覆扫描速度为360mm/min，激光聚焦光斑的尺寸为18mm×2mm，离焦量为280mm，送粉量为60g/min，采用的保护气为氩气，所述氩气的流量为6l/min；所述激光熔覆层的厚度为1.6-1.8mm。
所述激光熔覆用铁基合金粉末在加入激光熔覆设备前需要进行预热、保温处理；其中，所述预热温度为150℃，预热时间为3h；所述保温温度为30℃，保温时间为1.5h。
激光熔覆修复完成后，所述液压支架活柱外表面激光熔覆层的厚度为0.5-0.6mm。
实施例12：
实施例12的内容与实施例8基本相同，其不同之处在于：
步骤(2)中，所述激光熔覆过程中，激光的功率为4kw，激光熔覆扫描速度为350mm/min，激光聚焦光斑的尺寸为18mm×2mm，离焦量为280mm，送粉量为50g/min，采用的保护气为氩气，所述氩气的流量为4l/min；所述激光熔覆层的厚度为1.6-1.8mm。
所述激光熔覆用铁基合金粉末在加入激光熔覆设备前需要进行预热、保温处理；其中，所述预热温度为200℃，预热时间为2h；所述保温温度为40℃，保温时间为1h。
激光熔覆修复完成后，所述液压支架活柱外表面激光熔覆层的厚度为0.5-0.6mm。
实施例13：
实施例13的内容与实施例8基本相同，其不同之处在于：
步骤(2)中，所述激光熔覆过程中，激光的功率为3.95kw，激光熔覆扫描速度为330mm/min，激光聚焦光斑的尺寸为18mm×2mm，离焦量为275mm，送粉量为60g/min，采用的保护气为氩气，所述氩气的流量为6l/min；所述激光熔覆层的厚度为1.6-1.8mm。
所述激光熔覆用铁基合金粉末在加入激光熔覆设备前需要进行预热、保温处理；其中，所述预热温度为180℃，预热时间为3h；所述保温温度为50℃，保温时间为1h。
激光熔覆修复完成后，所述液压支架活柱外表面激光熔覆层的厚度为0.5-0.6mm。
实施例14：
实施例14的内容与实施例8基本相同，其不同之处在于：
步骤(2)中，所述激光熔覆用铁基合金粉末为实施例2所述的激光熔覆用铁基合金粉末。
实施例15：
实施例15的内容与实施例9基本相同，其不同之处在于：
步骤(2)中，所述激光熔覆用铁基合金粉末为实施例3所述的激光熔覆用铁基合金粉末。
实施例16：
实施例16的内容与实施例10基本相同，其不同之处在于：
步骤(2)中，所述激光熔覆用铁基合金粉末为实施例4所述的激光熔覆用铁基合金粉末。
实施例17：
实施例17的内容与实施例9基本相同，其不同之处在于：
步骤(2)中，所述激光熔覆用铁基合金粉末为实施例5所述的激光熔覆用铁基合金粉末。
实施例18：
实施例18的内容与实施例9基本相同，其不同之处在于：
步骤(2)中，所述激光熔覆用铁基合金粉末为实施例6所述的激光熔覆用铁基合金粉末。
实施例19：
实施例19的内容与实施例9基本相同，其不同之处在于：
步骤(2)中，所述激光熔覆用铁基合金粉末为实施例7所述的激光熔覆用铁基合金粉末。
实施例20：
实施例20的内容与实施例9基本相同，其不同之处在于：
参见图1，步骤(2)中，所述激光熔覆设备包括底座、电源和冷水系统；所述底座上设有工作台，所述工作台上设有送粉系统、激光发射装置和执行机构；所述执行机构包括机床控制柜、移动导轨、装夹卡盘和粉末回收盘；所述装夹卡盘包括顶紧组件、与机床控制柜连接的旋转卡盘，所述顶紧组件设置在移动导轨上；若干粉末回收盘并列排布在顶紧组件与旋转卡盘之间的移动导轨上。通过将待熔覆工件装夹在旋转卡盘与顶紧组件之间实现对待熔覆的工件装夹固定，并通过设于工件下方移动导轨上的粉末回收盘对熔覆过程中未完全熔解的铁基合金粉末进行有效回收并重新利用，粉末回收盘移动卡扣在移动导轨上，拆卸固定方便、快捷。
实施例21：
实施例21的内容与实施例20基本相同，其不同之处在于：
参见图1-3，步骤(2)中，所述激光熔覆设备包括底座、电源和冷水系统；所述底座上设有工作台，所述工作台上设有送粉系统、激光发射装置和执行机构；所述执行机构包括机床控制柜、移动导轨、装夹卡盘和粉末回收盘；所述装夹卡盘包括顶紧组件、与机床控制柜连接的旋转卡盘，所述顶紧组件设置在移动导轨上；若干粉末回收盘并列排布在顶紧组件与旋转卡盘之间的移动导轨上。
其中，所述的顶紧组件包括顶紧控制箱、电机、支撑座、顶紧轴及顶尖；所述顶紧轴通过支撑座设于顶紧控制箱上，顶尖设于顶紧轴端部，顶紧控制箱侧面设置有与电机输出轴连接的传动齿轮，底座侧面设有与传动齿轮啮合的齿条；顶尖与旋转卡盘的中心在同一直线上；顶紧控制箱上设置有顶紧控制面板，通过顶紧控制面板实现对电机的控制，对顶紧组件和旋转卡盘之间的间距调节，从而对待熔覆工件进行有效的固定，提高工件熔覆作业的稳定性和可靠性；所述的送粉系统包括送粉器、横向移动机构、纵向移动机构和上下移动机构；所述送粉器上设有送粉嘴；所述横向移动机构、纵向移动机构和上下移动机构均用于调整送粉嘴与待熔覆工件之间的距离；通过横向、纵向和上下移动机构来调整送粉嘴与不同直径规格的待熔覆工件的位移，以达到更好的工件熔覆效果；所述激光发射装置为半导体激光器；所述机床控制柜上设置有机床控制面板，通过机床控制面板能够更快捷、高效的熔覆作业；相邻的粉末回收盘侧边无缝隙对接并滑动卡扣在移动导轨上，能够更有效避免未熔解粉末的浪费，更加节约环保。
实施例22：本发明液压支架活柱外表面的激光熔覆修复方法与现有修复方法的对比
(1)以本发明实施例9所述的液压支架活柱外表面的激光熔覆修复方法为例，对规格为φ130*930mm、φ260*1582mm和φ355*2995mm的三种液压支架活柱外表面进行激光熔覆修复；采用现有的电镀技术对规格为φ260*1582mm的液压支架活柱外表面进行修复；采用现有的热喷涂技术对规格为φ260*1582mm的液压支架活柱外表面进行修复。然后分别对修复后的液压活柱性能进行检测，其检测结果见表1。
表1本发明激光熔覆修复方法与现有修复方法的对比结果
由表1可知，通过本发明所述方法修复的液压支架活柱相对于传统的电镀技术、热喷涂技术，熔覆层不仅表面硬度高、粗糙度好，而且耐腐蚀性性能很好，aass腐蚀试验＞2000h，同时成品厚度在0.5～0.6mm之间，在使用过程中不易碰伤至基材，修复后的使用寿命更长。因此，针对液压支架活柱外表面修复，本发明所述方案相比传统电镀、热喷涂技术，具有更好的修复效果、更高的性价比。在液压支架活柱以电镀修复为主的背景下，随着环保压力日趋严峻，电镀修复技术将逐渐走向末路，本发明完全能够替代电镀技术，具有良好的应用前景。
以上实施例仅用以说明本发明的技术实施方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，但是，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。