熱噴涂技術(shù)在鐵路搗固設(shè)備維修中的應(yīng)用

厙鐵原

（中鐵十九局集團(tuán)第六工程有限公司，江蘇無(wú)錫 214100）

0 引言

設(shè)備維修的主要目標(biāo)是對(duì)磨損或者是損壞零件進(jìn)行修復(fù)或者更換，保障設(shè)備的正常使用。相較于直接更換，通過(guò)設(shè)備零部件表面修復(fù)和維護(hù)可以在確保設(shè)備性能的同時(shí)節(jié)約成本。鐵路道床的搗固施工作業(yè)量大，搗固設(shè)備在長(zhǎng)期使用過(guò)程中出現(xiàn)不同程度的磨損，通過(guò)科學(xué)有效的熱噴涂工藝維修搗鎬鎬板可以保證施工進(jìn)度，同時(shí)避免頻繁更換鎬頭造成的成本增加。

1 熱噴涂技術(shù)

熱噴涂工藝在工業(yè)制造和機(jī)械設(shè)備維修中得到了廣泛應(yīng)用，其操作過(guò)程主要是利用電弧熱源將固體粉末噴涂材料熔化，利用高壓氣流使材料被霧化，將霧化的液滴噴灑到需要強(qiáng)化的設(shè)備部件表層，達(dá)到修復(fù)設(shè)備表層缺陷，強(qiáng)化部件硬度、耐腐蝕性和耐磨性的目的。根據(jù)設(shè)備需求的不同，可以控制噴涂的層數(shù)、厚度和具體的涂層材料。

2 鐵路搗固設(shè)備維修的重要性

道床搗固是鐵路工程施工作業(yè)的重要內(nèi)容，該項(xiàng)工作主要由搗固設(shè)備中的搗鎬部件來(lái)完成。在實(shí)際的鐵路道床搗固工作中，搗固設(shè)備需要以75 000 N 的壓力進(jìn)行道床的下插振動(dòng)和壓實(shí)，搗鎬的鎬板作為主要工作面在施工過(guò)程中需要不斷與巖石進(jìn)行摩擦和沖擊，在長(zhǎng)時(shí)間工作后鎬板會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重磨損。搗固設(shè)備在道床作業(yè)10 km 約需要進(jìn)行10 000 次下插，鎬板的磨損會(huì)超過(guò)既定限值，需要報(bào)廢。按照鐵路工程一般的施工進(jìn)度，搗固設(shè)備每年約需要作業(yè)1300 km，需要消耗的搗鎬超過(guò)3000 把，搗鎬更換占鐵路搗固設(shè)備總維修費(fèi)用超過(guò)1/4。搗固設(shè)備如果頻繁更換搗鎬還會(huì)增加鎬壁基孔損壞的可能性，對(duì)整個(gè)設(shè)備的使用壽命和性能產(chǎn)生負(fù)面影響，可能拖延鐵路建設(shè)進(jìn)度。熱噴涂技術(shù)可以有效加固鎬板表面，提高其耐磨性，保證搗固設(shè)備的性能和鐵路工程施工效率。

3 搗固設(shè)備維修中熱噴涂技術(shù)的應(yīng)用

3.1 搗固設(shè)備維修目標(biāo)

熱噴涂技術(shù)主要應(yīng)用于鐵路搗固設(shè)備的鎬板維修，通過(guò)強(qiáng)化涂層的噴涂實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：①維修工藝操作難度適中，可以在鐵路施工現(xiàn)場(chǎng)使用，維修技術(shù)人員經(jīng)過(guò)一定時(shí)長(zhǎng)的學(xué)習(xí)后可以充分掌握該技術(shù)；②不需要添置更多大型的維修設(shè)備，搗固設(shè)備的維修成本適中；③經(jīng)過(guò)熱噴涂工藝強(qiáng)化處理后的鎬板硬度和耐磨性能顯著提升，鎬板的使用壽命得到延長(zhǎng)；④鐵路道床搗固設(shè)備使用強(qiáng)化處理后的搗鎬，施工的整體成本下降，促進(jìn)工程經(jīng)濟(jì)效益的提升。傳統(tǒng)的堆焊強(qiáng)化無(wú)法達(dá)到上述的維修目標(biāo)，鎬板的耐磨性和硬度在工藝處理后沒(méi)有出現(xiàn)顯著提升，而熱噴涂工藝則可以達(dá)到良好的效果。

3.2 熱噴涂工藝實(shí)施流程

近些年來(lái)熱噴涂技術(shù)在機(jī)械設(shè)備維修中得到了廣泛青睞，鐵路搗固設(shè)備搗鎬的鎬板維修主要采用氧乙炔熱噴涂工藝加強(qiáng)其抗腐蝕性、耐磨性和硬度。在熱噴涂工藝實(shí)施過(guò)程中，技術(shù)人員通過(guò)氧乙炔燃燒形成高溫環(huán)境熔化鎢鎳基合粉末，利用特殊氣體使其霧化形成極為細(xì)小的高溫金屬液滴，同時(shí)預(yù)熱需要進(jìn)行強(qiáng)化處理的鎬板，將鎢鎳合金液滴均勻地噴灑在搗固設(shè)備部件的表面。高硬度合金涂層的厚度控制在1～2 mm 較為適宜，在不影響其作業(yè)效能的同時(shí)可以有效提升鎬板的硬度和耐磨性，延長(zhǎng)其使用壽命，控制鐵路搗固設(shè)備的維修成本。

搗固設(shè)備的熱噴涂工藝包括表面處理、工件預(yù)熱、噴涂操作和后續(xù)維護(hù)4 個(gè)環(huán)節(jié)：①在噴涂之前，技術(shù)人員首先要全面清理鎬板表層，確保涂層和基材較高的結(jié)合度，處理方法包括粗化和凈化，粗化處理通過(guò)磨砂、電拉毛等工藝增加鎬板表層與涂層材料間的摩擦系數(shù)，凈化處理去除元件表面的油脂、油漬和氧化腐蝕層等；②預(yù)熱處理的溫度要結(jié)合噴涂的材料和噴涂時(shí)的溫度來(lái)確定，避免噴涂材料與鎬板溫差過(guò)大造成涂層開(kāi)裂等質(zhì)量問(wèn)題；③不同的材料所選用的噴涂方式也有所區(qū)別，鎬板的碳化鎢鎳基合金可以直接采用高速火焰進(jìn)行噴涂；④噴涂完成后還要再使用硅樹(shù)脂、石蠟等材料提高其抗腐蝕性能，強(qiáng)度要求較高的鎬板還可以通過(guò)高溫或者重載荷等方式，提升基材與涂層結(jié)合的穩(wěn)定性。

3.3 鎬板熱噴涂工藝處理要點(diǎn)

利用氧乙炔熱噴涂對(duì)鐵路搗固設(shè)備進(jìn)行強(qiáng)化時(shí)，需要確保涂層與基層結(jié)合的牢固性，避免熱噴涂作業(yè)對(duì)搗鎬基材的韌性產(chǎn)生負(fù)面作用，在提高鎬板表面硬度的同時(shí)避免鎬板在道床作業(yè)中出現(xiàn)斷裂，因而在熱噴涂過(guò)程中必須要控制好原料和工藝的匹配關(guān)系。氧乙炔熱噴涂使用碳化鎢鎳基合金粉末，在超過(guò)1040 ℃的微碳化火焰中，大部分粉末會(huì)熔化附著在基質(zhì)表層，而粉末包裹中高硬度碳化鎢并沒(méi)有熔化完全，而是均勻分布在鎬板表面形成多個(gè)高強(qiáng)度的硬質(zhì)點(diǎn)區(qū)，實(shí)現(xiàn)鎬板噴涂層的高強(qiáng)度。分析強(qiáng)化后的鎬板理化性能，發(fā)現(xiàn)其硬度普遍超過(guò)55～58 HRC，充分滿足鐵路路床搗固的作業(yè)需求。熱噴涂工藝的基材與涂層為分子擴(kuò)散型的結(jié)合形態(tài)，結(jié)合力普遍超過(guò)350 N/mm，技術(shù)人員在噴涂過(guò)程中要嚴(yán)格控制工藝參數(shù)，確保操作的規(guī)范性，確保強(qiáng)化后的表層不出現(xiàn)過(guò)燒、氣泡和夾雜等缺陷，以確保涂層與基材結(jié)合的牢固性，避免使用過(guò)程中的涂層剝落。

鐵路搗固設(shè)備所使用的低碳合金滲碳鋼板不會(huì)在高溫狀態(tài)下發(fā)生淬火硬化，因而熱噴涂不會(huì)對(duì)基材化學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生影響。熱噴涂作業(yè)時(shí)的1040 ℃高溫下鎢鎳粉末會(huì)熔化，而該溫度并沒(méi)有達(dá)到鎬板材料熔化的溫度，可以避免基材韌性的下降。技術(shù)人員要確保工具設(shè)備配置的合理性，包括恒溫箱、瓶裝氧氣以及乙炔發(fā)生器等，并在氧乙炔焊炬上增設(shè)射吸式鐵粉罐，此外無(wú)需購(gòu)買其他大型的設(shè)備器件。焊接技術(shù)人員如果已經(jīng)掌握氧乙炔熔焊的技術(shù)能力，只需要進(jìn)行簡(jiǎn)單學(xué)習(xí)就可以操作熱噴涂工藝。

3.4 熱噴涂工藝鎬板強(qiáng)化的技術(shù)要點(diǎn)

科學(xué)的熱噴涂工藝可以有效提高搗鎬的耐磨性能和使用壽命，一般情況下，強(qiáng)化涂層的厚度與鎬板的強(qiáng)度呈現(xiàn)正相關(guān)，為了提高部件的耐磨性可以加厚涂層。但是在實(shí)際的設(shè)備維修中，涂層越厚意味著強(qiáng)化層合金粉用量增大，噴涂工藝的難度也會(huì)隨之升高，搗鎬作業(yè)中由于不斷的沖擊會(huì)出現(xiàn)涂層剝落，反而達(dá)不到強(qiáng)化效果。因而在實(shí)際的設(shè)備維修過(guò)程中，技術(shù)人員要做好涂層厚度對(duì)鎬板強(qiáng)度影響的沖擊對(duì)比實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)鎢鎳合金涂層的厚度為2 mm 時(shí)，鎬板的耐磨性顯著提高，且操作難度不會(huì)過(guò)高，在道床搗固作業(yè)過(guò)程中也不會(huì)出現(xiàn)涂層剝落。鎬板不同部位在施工中的受力和摩擦情況存在顯著差異，要做好不同部位的磨損情況分析，采取針對(duì)性的熱噴涂措施，在增強(qiáng)性能的同時(shí)控制維修成本，如作用面和端面等磨損較劇烈的部位采取2 mm 厚的噴涂涂層，其他部位的涂層可以減薄或者不進(jìn)行強(qiáng)化。

4 結(jié)束語(yǔ)

搗固設(shè)備維修中，氧乙炔熱噴涂工藝顯著提高了鎬板的耐磨性能，將原本12 km 左右的道床搗固作業(yè)距離提高到了40 km以上。鎬板的使用壽命增加了兩倍多，在保證鐵路道床搗固施工連續(xù)性的同時(shí)，縮減了維修成本，顯著提高了搗固設(shè)備的行進(jìn)效率，且熱噴涂工藝操作難度適中，不需要購(gòu)置大規(guī)模的維修設(shè)備，可以在搗固設(shè)備維修中加以推廣。