硬巖高性能旋挖機齒的工藝試驗研究

王瑞利李菲

（1.黃河科技學院，鄭州 450063；2安陽工學院，安陽 455000）

硬巖高性能旋挖機齒的工藝試驗研究

王瑞利1李菲2

（1.黃河科技學院，鄭州 450063；2安陽工學院，安陽 455000）

旋挖機齒的主要失效形式為硬質合金的磨損、脫落和斷裂。通過對硬質合金牌號、齒體材質、釬焊工藝、耐磨層熔覆的研究，獲得制造優質硬巖旋挖機齒的技術。并經過實驗室檢測和現場對比驗證試驗，取得了較好的效果。

旋挖機 硬巖旋挖機 齒釬焊工藝 硬質合金

引言

由旋挖機的破碎機理可知，旋挖機齒在切割硬質地層時承受高的周期性壓應力、剪切彎曲應力、周期性或突發性沖擊載荷以及熱應力、磨損等作用，經常會遇到石英等堅硬的礦石，在使用過程中過早發生失效。加上我國幅員遼闊，所以旋挖鉆機工作的對象是特別復雜的。如果旋挖機齒強度偏低，肯定會大大降低鉆進性能，導致鉆進負載增加甚至難以鉆進[1]。

市場上的旋挖機齒強度普遍較低，大都只能用于土層及軟巖施工，而在工程施工中對高性能的硬巖旋挖機齒需求量很大。這就迫切需要采用新技術、新材料研制出高強度旋挖機齒，以滿足城市建設基礎施工快速發展的需求。因此，有必要對旋挖機齒生產工藝進行研究，開發高強度的旋挖機齒。

1 試驗材料準備

旋挖機齒的種類很多，應用較為廣泛的結構是在經淬火、回火處理的低合金結構鋼的齒體上鑲嵌硬質合金齒頭。下面以鎬形截齒為例說明高性能旋挖機齒的制作過程。

試驗材料：傳統的齒體材料多為中碳合金鋼，常用的有42CrMo、35CrMnSi、35MnB等，35CrMnSi、35MnB等具有較為明顯的回火脆性缺陷，所以試驗材料選擇42CrMo。

傳統的硬質合金齒頭材料多為YG15、YG13C等，我們選用粗晶粒的YG11C。硬質合金晶粒粗，比表面積小，使合金中鈷層增厚，從而提高合金的沖擊韌性。YG11C合金中鈷含量為11%，鈷含量的減少，合金中WC含量的增加，提高合金的耐磨性。低鈷粗晶合金的綜合作用使得合金的韌性好，耐磨性高。

釬焊料選用X-55片狀銅鋅釬料，釬焊劑選用FB105（硼砂+硼酸+氟化鉀）。

齒體制作試樣：將42CrMo合金鋼冷墩成鎬形齒體，并嚴格按圖紙加工要求進行機械加工。保證齒孔的尺寸要求，嚴格控制焊縫的間隙。內孔表面粗糙度要求Ra6.3。

焊前清理：為保證焊接質量，對硬質合金齒頭、釬焊料采用超聲波進行清洗，徹底清洗掉表面油污，最后烘干。

2 工藝過程

目前生產廠家多使用局部加熱焊接或單個截齒整體加熱，甚至使用手工氧焊來加工，因此造成產量低，質量不能保證，且工人勞動量大，生產效率低下。局部加熱造成產品硬度不一致，容易造成產品機械疲勞，提前報廢。因此我們試驗過程中采用自動化程度高，產量極高的中頻感應釬焊-熱處理一體化的生產線，保證產品品質穩定，一致性好。熔覆過程采用等離子熔覆設備在旋挖機齒前部表面熔覆耐磨層。

圖1 中頻感應釬焊-熱處理一體化的生產線

中頻感應釬焊-熱處理一體化的生產線的工藝過程如下：

（1）中頻釬焊：將片狀的釬焊料預先到齒孔的底部，然后將清洗好的齒孔、合金頭進行裝配，利用可控硅中頻發生裝置進行齒頭的感應釬焊[2]。

X-55釬料的液相線為909℃，釬焊溫度控制在920～940℃時，釬焊質量很不穩定，經過多次研究觀察后，將釬焊溫度調整為940～960℃，這時釬料的流動性、滲透性最好。

（2）淬火：淬火介質選用好富頓的Aqua-Quench 251聚合物水溶性淬火液，對采用感應加熱的工件，水溶性淬火液是淬火油的最理想的代用品。

淬火液的濃度選擇10%，淬火過程中通過連續循環冷卻的方式，保持淬火液的溫度在10～35度之間。

（3）中溫回火：釬焊后的冷卻速度是影響釬焊裂紋的主要因素之一。釬焊后應立即放入380～400℃回火爐中回火2.5h，消除釬焊應力；減少裂紋，延長硬質合金工具的使用壽命[3]。

（4）拋丸：拋丸清理是為了去除表面氧化皮、焊縫附近的多余熔劑等雜質提高外觀質量。同時可提高工件疲勞斷裂抗力，防止疲勞失效，塑性變形與脆斷，提高疲勞壽命。

（5）釬焊后焊縫質量檢驗：使用超聲波探傷儀檢測焊縫處有無氣孔，檢查被焊工件有無裂紋。對已檢查出有缺陷的工件，可重新加熱釬焊，但重焊次數不超過2次，以免硬質合金因反復加熱而影響質量。

（6）等離子熔覆工藝：等離子熔覆采用Ni60+20%WC粉末元素表見表1。

表1 Ni60+20%WC粉末元素

Ni60+20%WC粉末噴焊層硬度在HRc60左右，與滲碳、滲氮、滲硼、鍍鉻和某些堆焊合金等表面硬化處理后的硬度相當，并具有優良的耐磨性、耐蝕性和抗高溫氧化的綜合性能。

（7）涂油包裝：涂油采用好富頓公司的Rust Veto 4222-S防銹油，它是一種不含鋇的水溶性乳化型防銹油，能提供優異的濕熱防銹保護。RustVeto 4222-S在軟水或硬水中都能被很好的乳化。Rust Veto 4222-S的乳化液會在被處理工件表面留下一層薄的防銹保護膜。該保護膜可以提供九個月的室內有遮蓋防銹保護。

3 試驗結果分析

（1）旋挖機齒焊縫充滿度對比：縱向及橫向剖切截齒取樣，用10倍放大鏡觀察焊縫并測量實際長度。

焊縫充滿度:D=A/B×100%

A為縱、橫兩截面上實測有效焊縫長度之和；B為縱、橫兩截面上理論計算長度之和。

（2）剪切強度試驗。按照MT246-2006《煤礦用截齒》推薦的方法分別對旋挖機齒進行焊縫抗剪強度試驗。試驗儀器如圖2所示。

（3）硬度試驗。按照GB/T230.1-2004《金屬洛氏硬度試驗》的方法分別對旋挖機齒齒頭部分取樣進行洛氏硬度試驗。試驗儀器如圖3所示。

圖2 剪切強度試驗儀

圖3 硬度計

（4）與市場普通旋挖機齒的性能對比。按以上新工藝生產的旋挖機齒性能檢測見表2。

市場中普通的旋挖機齒性能檢測見表3。

（5）結論。由表2及表3計算，采用上述工藝生產的旋挖機齒比市場上普通的旋挖機齒在焊縫充滿度上提高23%。采用上述工藝生產的旋挖機齒比市場上普通的旋挖機齒在抗剪強度上提高36%。采用上述工藝生產的旋挖機齒比市場上普通的旋挖機齒在熔覆層硬度上提高10%。

表2 性能檢測表

表3 性能檢測表

4 現場試驗

為了驗證此批旋挖機齒的實際使用效果，我們選取成都某高架橋施工現場進行測試[4]。安裝布置如圖4所示：

圖4 旋挖機齒布置

此批15個采用上述工藝的旋挖機齒與15個普通的旋挖機齒在同一工地現場做現場測試，使用壽命對比如圖5所示：

圖5 旋挖機齒壽命統計

采用上述工藝的旋挖機齒平均壽命較高，壽命提高91%，采用上述工藝的旋挖機齒產品質量一致性高，壽命波動小，采用上述工藝的旋挖機齒性能超過國內同類產品水平，試驗效果良好。說明此工藝方法制備的旋挖機齒具備推廣價值。

5 結語

在成都施工現場對生產的旋挖機齒的使用情況進行了持續質量跟蹤調查，實踐證明，采用新的釬焊工藝所生產的產品，在使用過程中未出現合金頭脫落的現象，而且產品的使用壽命有了很大提高，降低了旋挖機的生產成本，提高鉆孔了效率。隨著試驗工作的深入，我們對不同牌號焊料試驗研究工作還需要加強。

[1]丁吉.基于入巖速度和動力頭齒輪壽命的旋挖鉆機鉆進參數研究.[碩士學位論文]中南大學2012.

[2]莊鴻壽.羅格夏特E.高溫釬焊[M].北京：國防工業出版社，1989.

[3]劉加強.提高采煤機截齒質量的新途徑[J].金屬熱處理，1995（7）.

[4]孫國慶.旋挖鉆機關鍵部件的可靠性分析研究[碩士學位論文]天津大學，2011,35-36.

圖5 煙道上不同截面速度分布云圖

3 結論

（1）優化運行是脫硫系統穩定、經濟運行的重要手段，是運行的日常工作之一。

（2）通過對濕法煙氣脫硫（FGD）吸收塔內的數值模擬，對脫硫塔內流場分布均勻優化，得出脫硫系統優化運行的操作方案，為實際優化運行提供了參考。

（3）煙道的導流板布置對吸收塔內的煙氣速度與回流區具有影響。

（4）由最終優化方案的數值模擬結果可以得出，吸收塔煙氣經過四層噴淋層后沒有明顯的高速氣帶，徑直流向吸收塔頂部。

參考文獻

[1]石財榮.火電廠煙氣脫硫系統GGH結垢處理及增壓風機優化運行[J].內蒙古電力技術,2010,28(5):52-54.

[2]楊愛玲,董雪峰.脫硫裝置2號濕式球磨機優化運行調整及建議[J].科技風,2011,22:092.

[3]朱文彬.優化運行降低濕法煙氣脫硫石膏水份[J].科技創新導報,2010(21):74-74.

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[5]孫正杰,邵煒.北侖電廠脫硫系統經濟運行優化探討[J].電力科技與環保,2010(4):54-56.

Abstract：As a major energy consumer of power plant，the desulfurization system has a significant effect on the stability，economy and safe operation of the generating set．The guiding ideology of the desulfurization system optimization operation is to reduce the running costs by adjusting the operating parameters and operation mode on the basis to meet environmental requirements．We derive the desulfurization system optimal operating plan of 2x1000MW generating set by the optimal adjustment of the flue gas，which provides a reference to the actual optimal operation by the CFD software of Fluent．

Key words：desulfurization,simulation,remould

The Experimental Study on Hard Rock High Performance of Rotary Drilling Tooth

WANG Ruili1,LI Fei2
（1.Huanghe Science&Technical College,Zhengzhou450063;2. Anyang Institute of Technology,Anyang 455000）

The main failure form of Rotary Drilling tooth is alloy wear,loss and fracture.The technology of developing high-quality hard rock auger teeth is founded by researching the hard metal alloy, pick-body material,technique of braze welding，wear resistant cladding. Good results have been achieved through laboratory tests and on-site verification test.

rotary drilling;hard rock Rotary Drilling tooth;technique of braze welding;hard alloy

Study on System Simulation and Technical Transformation of Desulfurization System in Power Plant

GUO Lei1,MA Jiapeng1,ZHAO Ying2
（1.Shandong Special Equipment Inspection Institute,JiNan 250101;2.Shandong Vocational Skills Identification and Guidance Center，250001）