采煤機(jī)截齒耐磨堆焊層堆焊工藝
時(shí)間：2016-07-09 作者 ：admin
截齒耐磨堆焊層具有良好的綜合抗損性能，堆焊層特性的改變，取決于堆焊材料成分、組織和性能的變化以及配套堆焊工藝的嚴(yán)格實(shí)施。使用等離子弧堆焊材料及堆焊工藝、TIG堆焊材料及堆焊工藝，可獲得良好的應(yīng)用效果。
采煤機(jī)截齒耐磨堆焊層以其良好的綜合抗損性能，可保護(hù)截齒頭免遭強(qiáng)烈的磨損而過早失效，在機(jī)械化綜合采煤生產(chǎn)作業(yè)中獲得了推廣應(yīng)用。
從廣義上講，如果報(bào)廢截齒被修復(fù)再利用，那么，截齒耐磨堆焊層工藝技術(shù)，將可能成為煤礦綜采裝備實(shí)現(xiàn)節(jié)約型循環(huán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)的組成部分。
從機(jī)理上講，截齒耐磨堆焊層的作用是利用自身及其耐磨性，在截齒齒體頭部形成一個(gè)防護(hù)帶，使齒頭不與被采煤巖直接接觸，而是以該防護(hù)帶與硬質(zhì)合金刀頭組成的聯(lián)合體，共同承受采煤過程中煤巖產(chǎn)生的強(qiáng)烈磨擦、沖擊等作用，減緩截齒磨損失效率，延長截齒的使用壽命。
然而，實(shí)際情況中，截齒耐磨堆焊層的出現(xiàn)和使用，將截齒刀頭與被切割煤巖之間的磨擦、沖擊等作用，轉(zhuǎn)換為或部分轉(zhuǎn)換為堆焊層與被切割煤巖之間的磨擦、沖擊等作用，它們之間的磨擦磨損、沖擊損傷等，不僅取決于兩個(gè)接觸體材料的特性及其匹配行為，還受到采煤過程中諸多因素的影響。
近年來，在多種可供選用的防止截齒過早失效的冶金技術(shù)中，工藝簡便和效果較好者當(dāng)推截齒耐磨堆焊層。研究表明，截齒耐磨堆焊層性能的優(yōu)化與改善，是防止采煤過程中的截齒快速磨損失效的重要技術(shù)措施。
事實(shí)上，自從截齒耐磨堆焊層技術(shù)出現(xiàn)以來，隨著采煤現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)問題的逐步克服，新型截齒耐磨堆焊層專用堆焊材料和技術(shù)不斷被推出，截齒耐磨堆焊層的材料品種已經(jīng)或正在發(fā)生質(zhì)的變化。
堆焊材料的創(chuàng)新推動(dòng)了截齒耐磨堆焊層技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，而截齒耐磨堆焊層技術(shù)的進(jìn)步，則促進(jìn)了綜采技術(shù)的提高以及應(yīng)用的穩(wěn)步發(fā)展。
工作原理及影響因素
1.采煤機(jī)截齒耐磨堆焊層的工作原理
截齒耐磨堆焊層實(shí)質(zhì)上是一個(gè)沿截齒齒頭圓周方向，采用堆焊方法形成的、具有一定寬度(20～30mm)和一定厚度(2～3mm)的環(huán)形隔離帶。
這個(gè)環(huán)形隔離帶使齒頭不再與被采煤巖直接接觸，保護(hù)截齒齒頭母材免遭強(qiáng)烈磨損;齒頭壽命延長的同時(shí)維護(hù)了硬質(zhì)合金刀頭正常作業(yè)，免遭刀頭過早脫落使截齒失效。截齒堆焊層的工況條件比較復(fù)雜，截齒在切割煤巖過程中除了承受周期性壓應(yīng)力、切應(yīng)力和沖擊載荷作用外，還要承受長時(shí)間磨粒磨擦、沖擊產(chǎn)生的溫升作用以及腐蝕介質(zhì)的腐蝕作用。
有文獻(xiàn)把截齒的磨損機(jī)制或性質(zhì)歸納為機(jī)械磨損伴隨著熱疲勞磨損和磨粒磨損。不難看出，截齒堆焊層的性能要求比較苛刻，首先自身要耐磨，也就是說在采煤過程中，截齒堆焊層與煤層間會(huì)發(fā)生持續(xù)磨擦運(yùn)動(dòng)，截齒堆焊層必須經(jīng)受住煤層的長時(shí)間磨損。
在這種情況下，堆焊層的硬度、耐磨性越高越好;其次，必須考慮截齒在切割煤巖過程中不可避免的沖擊載荷作用，如果堆焊層的硬度太高，金屬韌性較差，堆焊層金屬容易發(fā)生崩裂或斷裂。因此，堆焊層的硬度不一定是越高越好，而是應(yīng)當(dāng)綜合考慮，使其具有良好的綜合抗磨性能。
所謂綜合抗磨性能，是指具有較高耐磨性能前提條件下，適當(dāng)降低硬度和耐磨性，以其適度的耐磨性改善堆焊層綜合抗損性。最佳的綜合抗損性與堆焊層硬度之間存在一定的匹配關(guān)系，該關(guān)系的量化確定，可能對(duì)于截齒堆焊層焊接材料性能的重大改進(jìn)產(chǎn)生積極的推動(dòng)作用。
2.采煤機(jī)截齒耐磨堆焊層性能及影響因素
鎬型截齒由硬質(zhì)合金刀頭、齒頭和齒柄三部分組成，采用釬焊工藝將硬質(zhì)合金刀頭嵌入齒體連接?？晒┻x用的、能夠滿足截齒工況條件的齒體鋼種很多，截齒制造企業(yè)可根據(jù)截齒種類及具體工況條件選擇合適的截齒刀體材質(zhì)。
有些截齒經(jīng)受不住采煤過程中煤炭巖石的強(qiáng)烈磨損，而且因其過早磨損而喪失對(duì)硬質(zhì)合金刀頭的保護(hù)，導(dǎo)致刀頭過早脫落、失效。在嵌入合金刀頭附近圓周方向堆焊一個(gè)推焊層，相當(dāng)于在截齒齒體薄弱環(huán)節(jié)加裝了一圈鎧甲，避免截齒齒體與被切割煤炭過早直接接觸，保護(hù)截齒齒體免遭煤炭及巖層強(qiáng)烈磨損。
截齒堆焊層的使用性能影響因素較多，總體上有三大因素：
一是載荷力的影響。
在采煤過程中，凡是增大作用在堆焊層與煤巖間接觸力的因素，如增大采煤機(jī)牽引速度時(shí)，截齒的切割阻力增大，截齒的磨損現(xiàn)象就會(huì)加??；
二是截齒的幾何參數(shù)和排列方式的影響。
合理的截齒幾何形狀參數(shù)以及與被采煤巖物理特性良好匹配的截齒排列方式，可以減小截齒的切割阻力和軸向力，從而減緩截齒的磨損；
三是堆焊層與煤巖材料特性的影響。
煤質(zhì)的軟硬以及夾矸石的多少，對(duì)截齒的磨損影響非常明顯。煤質(zhì)較軟、夾矸石較少的煤巖，截齒切割阻力較小，采煤機(jī)牽引阻力也較小，截齒的磨損率較小；反之，截齒的磨損率較大。
在上述堆焊層性能影響因素中，第一點(diǎn)和第二點(diǎn)是外在因素，第三點(diǎn)是內(nèi)在因素，外因通過內(nèi)因起作用。也就是說，無論是載荷力的影響，還是截齒的幾何參數(shù)和排列方式的影響，最終要反映到堆焊層與煤巖材料特性的影響。材料特性是核心影響因素。
在這里，煤巖材料特性是被預(yù)先選定的(即被采煤巖特性是客觀已經(jīng)存在的)，可以改變材料特性的是截齒堆焊層。而截齒堆焊層特性的改變，歸根結(jié)底取決于堆焊材料成分、組織和性能的變化，以及配套堆焊工藝的嚴(yán)格實(shí)施。
耐磨堆焊層堆焊材料特點(diǎn)
1.等離子弧堆焊材料。
選用20CrMnTi和20CrMnMo作為截齒母材，粉末填充材料的合金系統(tǒng)為Cr-Mo-V-Ti，該工藝采用先完成堆焊層，后進(jìn)行硬質(zhì)合金刀頭釬焊工藝順序，利用釬焊熱循環(huán)對(duì)等離子堆焊層進(jìn)行二次硬化處理，獲得硬度不降反升的堆焊層。
2.堆焊焊材Ni60+WC。
首先采用鎢極氬弧堆焊方法將Ni60+WC材料堆在截齒刀頭防護(hù)部位，然后再用高頻感應(yīng)法熔覆Ni60+WC涂層。堆焊層的硬度可達(dá)60～63HRC。
3.等離子弧堆焊材料的應(yīng)用。
據(jù)資料報(bào)道，在20CrMnTi和20CrMnMo鋼制截齒體頭部、釬焊孔周邊部位，采用等離子弧分兩次堆焊耐磨合金層，該合金層上端距釬焊縫小于2mm，下端距釬焊縫大于30mm。利用等離子弧堆焊高溫?zé)嵫h(huán)，使齒頭心部退火軟化，有利于鉆削釬焊孔加工。
隨后，在對(duì)硬質(zhì)合金刀頭的釬焊過程中，由于加熱溫度較高，堆焊層金屬不可避免發(fā)生高溫回火，堆焊層中大量強(qiáng)碳化物形成元素Mo、V、Ti、Cr使碳化物析出，導(dǎo)致堆焊層金屬產(chǎn)生所謂二次硬化現(xiàn)象，最終，堆焊層硬度反而升高，達(dá)到HV700左右。
井下工業(yè)試驗(yàn)表明，等離子弧堆焊工藝徹底解決了釬焊過程對(duì)齒頭造成的退火軟化難題，延長了硬質(zhì)合金刀頭的服役期。新工藝生產(chǎn)截齒的總體壽命，達(dá)到傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)同類截齒的2倍以上，制造成本降低20%。然而，也有資料表明，等離子弧堆焊設(shè)備比較復(fù)雜，價(jià)格也較高，消耗的氬氣量比鎢極氬弧堆焊多得多，對(duì)焊工的要求較高，所以堆焊成本高。
4.氣體保護(hù)堆焊材料及其他堆焊材料的應(yīng)用
有人試圖采用CO2氣體保護(hù)實(shí)芯焊絲堆焊截齒，由于市場(chǎng)缺乏高硬度耐磨堆焊用實(shí)芯焊絲，所以采用實(shí)芯焊絲CO2氣體保護(hù)堆焊截齒用的不多，推廣受到一定限制。
然而，粉末則不同，粉末以其合金元素易于加入或控制，高硬度堆層比較容易獲得，在截齒耐磨堆焊層中的應(yīng)用前景被看好。堆焊層的硬度可達(dá)60～63HRC。該堆焊材料和工藝方法已得到成功應(yīng)用，如某集團(tuán)礦業(yè)公司李家山礦E12506工作面(該工作面煤層厚度約為3.6m，含煤矸石約5%)，在綜采二隊(duì)MGTY300/730型雙滾筒采煤機(jī)上(截齒型號(hào)U92，單筒齒數(shù)為40，滾筒轉(zhuǎn)速為35.7r/min，截齒割深為0.7m)安裝該耐磨強(qiáng)化的U92截齒。一個(gè)月后，過煤量約6萬t，共消耗耐磨強(qiáng)化截齒16把，每萬噸煤消耗截齒約5.3把，同比未經(jīng)耐磨強(qiáng)化處理的截齒，萬噸煤消耗13.3把，相對(duì)耐磨性提高2.5倍以上。
采煤機(jī)截齒耐磨堆焊層實(shí)質(zhì)上是一個(gè)隔離帶，截齒堆焊層應(yīng)當(dāng)具有良好的綜合抗損性能，材料特性是截齒堆焊層性能的核心影響因素，截齒堆焊層特性的改變，取決于堆焊材料成分、組織和性能的變化以及配套堆焊工藝的嚴(yán)格實(shí)施。
等離子堆焊材料的應(yīng)用，使截齒堆焊層性能指標(biāo)和堆焊層形狀具有多變性和可控性；等離子弧堆焊材料及堆焊工藝的應(yīng)用，徹底解決了釬焊過程對(duì)齒頭造成的退火軟化難題。
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