采煤機截齒耐磨堆焊層堆焊工藝
時間：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格實施。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，可獲得良好的應用效果。
采煤機截齒耐磨堆焊層以其良好的綜合抗損性能，可保護截齒頭免遭強烈的磨損而過早失效，在機械化綜合采煤生產作業(yè)中獲得了推廣應用。
從廣義上講，如果報廢截齒被修復再利用，那么，截齒耐磨堆焊層工藝技術，將可能成為煤礦綜采裝備實現(xiàn)節(jié)約型循環(huán)經濟技術的組成部分。
從機理上講，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防護帶，使齒頭不與被采煤巖直接接觸，而是以該防護帶與硬質合金刀頭組成的聯(lián)合體，共同承受采煤過程中煤巖產生的強烈磨擦、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，轉換為或部分轉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中，工藝簡便和效果較好者當推截齒耐磨堆焊層。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措施。
事實上，自從截齒耐磨堆焊層技術出現(xiàn)以來，隨著采煤現(xiàn)場出現(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不斷被推出，截齒耐磨堆焊層的材料品種已經或正在發(fā)生質的變化。
堆焊材料的創(chuàng)新推動了截齒耐磨堆焊層技術的進步與發(fā)展，而截齒耐磨堆焊層技術的進步，則促進了綜采技術的提高以及應用的穩(wěn)步發(fā)展。
工作原理及影響因素
1.采煤機截齒耐磨堆焊層的工作原理
截齒耐磨堆焊層實質上是一個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。
這個環(huán)形隔離帶使齒頭不再與被采煤巖直接接觸，保護截齒齒頭母材免遭強烈磨損;齒頭壽命延長的同時維護了硬質合金刀頭正常作業(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雜，截齒在切割煤巖過程中除了承受周期性壓應力、切應力和沖擊載荷作用外，還要承受長時間磨粒磨擦、沖擊產生的溫升作用以及腐蝕介質的腐蝕作用。
有文獻把截齒的磨損機制或性質歸納為機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發(fā)生持續(xù)磨擦運動，截齒堆焊層必須經受住煤層的長時間磨損。
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，而是應當綜合考慮，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系，該關系的量化確定，可能對于截齒堆焊層焊接材料性能的重大改進產生積極的推動作用。
2.采煤機截齒耐磨堆焊層性能及影響因素
鎬型截齒由硬質合金刀頭、齒頭和齒柄三部分組成，采用釬焊工藝將硬質合金刀頭嵌入齒體連接。可供選用的、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。
有些截齒經受不住采煤過程中煤炭巖石的強烈磨損，而且因其過早磨損而喪失對硬質合金刀頭的保護，導致刀頭過早脫落、失效。在嵌入合金刀頭附近圓周方向堆焊一個推焊層，相當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，保護截齒齒體免遭煤炭及巖層強烈磨損。
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，如增大采煤機牽引速度時，截齒的切割阻力增大，截齒的磨損現(xiàn)象就會加??；
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。
煤質的軟硬以及夾矸石的多少，對截齒的磨損影響非常明顯。煤質較軟、夾矸石較少的煤巖，截齒切割阻力較小，采煤機牽引阻力也較小，截齒的磨損率較??；反之，截齒的磨損率較大。
在上述堆焊層性能影響因素中，第一點和第二點是外在因素，第三點是內在因素，外因通過內因起作用。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先選定的(即被采煤巖特性是客觀已經存在的)，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格實施。
耐磨堆焊層堆焊材料特點
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，后進行硬質合金刀頭釬焊工藝順序，利用釬焊熱循環(huán)對等離子堆焊層進行二次硬化處理，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部位，然后再用高頻感應法熔覆Ni60+WC涂層。堆焊層的硬度可達60～63HRC。
3.等離子弧堆焊材料的應用。
據(jù)資料報道，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熱循環(huán)，使齒頭心部退火軟化，有利于鉆削釬焊孔加工。
隨后，在對硬質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，堆焊層中大量強碳化物形成元素Mo、V、Ti、Cr使碳化物析出，導致堆焊層金屬產生所謂二次硬化現(xiàn)象，最終，堆焊層硬度反而升高，達到HV700左右。
井下工業(yè)試驗表明，等離子弧堆焊工藝徹底解決了釬焊過程對齒頭造成的退火軟化難題，延長了硬質合金刀頭的服役期。新工藝生產截齒的總體壽命，達到傳統(tǒng)工藝生產同類截齒的2倍以上，制造成本降低20%。然而，也有資料表明，等離子弧堆焊設備比較復雜，價格也較高，消耗的氬氣量比鎢極氬弧堆焊多得多，對焊工的要求較高，所以堆焊成本高。
4.氣體保護堆焊材料及其他堆焊材料的應用
有人試圖采用CO2氣體保護實芯焊絲堆焊截齒，由于市場缺乏高硬度耐磨堆焊用實芯焊絲，所以采用實芯焊絲CO2氣體保護堆焊截齒用的不多，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用前景被看好。堆焊層的硬度可達60～63HRC。該堆焊材料和工藝方法已得到成功應用，如某集團礦業(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MGTY300/730型雙滾筒采煤機上(截齒型號U92，單筒齒數(shù)為40，滾筒轉速為35.7r/min，截齒割深為0.7m)安裝該耐磨強化的U92截齒。一個月后，過煤量約6萬t，共消耗耐磨強化截齒16把，每萬噸煤消耗截齒約5.3把，同比未經耐磨強化處理的截齒，萬噸煤消耗13.3把，相對耐磨性提高2.5倍以上。
采煤機截齒耐磨堆焊層實質上是一個隔離帶，截齒堆焊層應當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格實施。
等離子堆焊材料的應用，使截齒堆焊層性能指標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用，徹底解決了釬焊過程對齒頭造成的退火軟化難題。
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