截齒熔覆工藝研究

【摘 要】采用精密離子焊接技術的高能量離子弧，在截齒齒頭部位熔覆合金粉末，純冶金結合，結合度強，焊道成型控制精密，寬窄高低可控，焊后不用處理，熔覆合金粉末后基體溫度低，截齒耐磨性能顯著增強，滿足高強度、耐磨等特殊工況要求。

【關鍵詞】截齒；精密離子焊；熔覆；耐磨

0.前言

煤炭作為國家能源的主體，增加煤炭年產量、提高采煤勞動生產效率的一項關鍵性技術就是采掘機械化。截齒是與綜采、連采設備相配套使用的重要易損件。隨著采掘機械向大功率、高速、重載方向的發展，對截齒的綜合機械性能提出越來越高的要求。目前，煤礦井下最常用的采掘機械是螺旋滾筒式采煤機和掘進機，其所用的采煤刀具稱為稿型截齒，掘進機、采煤機就是通過稿型截齒來破碎煤層、巖層以及夾矸的。由破碎機理可知，采煤機、掘進機鎬形截齒在采煤、掘進過程中除承受壓縮、彎曲和沖擊等力的作用外，在鍛打、釬焊、熱處理過程中還要受高溫加熱的影響，因此在采煤過程中常常發生硬質合金頭破損、硬質合金頭脫褲、截齒齒體過早磨損和沿截齒頸或槽斷裂等，使鎬型截齒的壽命大大縮短。煤礦現場調查表明，采煤機國產鎬型截齒硬質合金頭破損占10%～20%，硬質合金頭脫褲占15%～25%;母體過早磨損占25%～40%;沿截齒頸或槽斷裂占1%～5%，正常磨損的僅占10%～45%，使得國產采煤機鎬型截齒壽命只有同類進口截齒產品壽命的70%左右，造成了硬質合金和鋼材等原材料的巨大浪費。由于受材料、加工工藝、熱處理工藝等因素限制，國產截齒質量與進口同類截齒相比存在著較大的差距，尤其是在割巖層時，遠不能滿足井下工況條件的要求，遇到巖層時，只能使用價格昂貴的進口截齒，因此尋求一種新的工藝方法解決截齒耐磨性能已刻不容緩。熔覆工藝是在焊接和粉末冶金技術結合發展的基礎上，在傳統的熱處理工藝不改變的條件下，對截齒齒體進行熔覆硬質合金粉末，可以有效地提高齒體頭部的耐磨性能。

1.熔覆工藝研究原則

以MT/T 246-2006《采掘機械用截齒》標準為產品研發的基礎。

2.截齒通用的生產工藝

截齒通用的生產工藝為：圓鋼抽樣檢驗——下料——熱鍛——機加工——釬焊——熱處理——拋丸（噴丸）處理——安裝彈簧擋圈——質檢——防腐處理——包裝——入庫。齒體材料一般選用優質合金鋼，齒頭硬質合金采用銅基高頻釬焊。截齒在實際的使用過程中的質量缺陷是截齒齒頭部位過早磨損，導致硬質合金刀頭出現崩碎、掉頭現象，造成截齒早期失效。

3工藝制定過程

3.1齒體材料的合理選用

將采用42CrMo和35CrMnSiA兩種材料生產的截齒隨機抽取一定數量的樣品委托濟南山東大學做實驗室試驗。試驗結果表明：采用42CrMo材料生產的截齒淬火硬度和金相組織完全達到MT/T 246-2006《采掘機械用截齒》標準要求，而且在工礦試驗中發現其綜合機械性能遠遠優于采用35CrMnSiA材料生產的截齒，同時規避了35CrMnSiA在鹽浴保溫過程中工藝參數不好控制造成產品質量不穩定的缺陷，故選用42CrMo作為截齒齒體材料。

3.2硬質合金刀頭材質及形狀的選擇

通過與硬質合金刀頭廠家的技術專家協作，選擇各項性能指標滿足巖石硬度系數f8要求的硬質合金。同時，在硬質合金刀頭外形上進行修改，確定合適的硬質合金刀頭形狀，即能保證切割速度又有足夠的強度。試制出產品后，通過工況試驗觀察使用情況，刀頭崩碎、斷裂導致截齒失效的形式基本消除。

3.3合金刀頭孔間隙的合理選擇

刀頭脫落是截齒失效最常見的形式之一。引起刀頭脫落的關鍵因素是焊接缺陷。而刀頭與刀頭孔的公差配合不當容易導致焊接缺陷。

通過查閱資料并向專家咨詢制定出合理的配合公差，試制出產品。按照技術標準進行試驗，將試驗樣件在5倍放大鏡下觀測截面上的焊縫，確保焊料充盈度不小于80%。

4.熔覆硬質合金粉末

在保證基體材質、硬質合金刀頭材質和形狀以及合金刀頭孔間隙的條件下，采用現有工藝完成截齒前期生產過程后將截齒進行拋丸處理，即可進行硬質合金粉末的熔覆工藝。

4.1技術特點

微束等離子熔覆機所采用的等離子束，是一種電離弧，比弧焊機熱量更集中，所以加熱速度更快，為了獲得更集中的離子束，一般采用高壓縮比孔徑，小電流，以便控制基體溫度不致太高，避免引起退火變形。由于等離子弧為連續工作，造成機體冷卻相對較慢，形成的過渡區域比激光熔覆要深一些，這對硬面材料熔覆來說，應力會釋放的好一些。

4.2工藝特點

①前期處理簡單：只需除銹去污去疲勞層即可。

②送粉：采用氬氣送粉，送粉精度要求低，可以有一定的傾斜度。

③微束等離子穩定性好：微束等離子的穩定性好，熔池的形成也易于控制，合金粉與機體融合充分，區域過度較好。

④加熱和冷卻速度低于激光：熔融狀態維持時間長，有利于金相組織均勻形成，排氣浮渣較好，在粉末噴出過程中就已經加熱，且有氬氣和離子氣的保護，所以熔覆層均勻度更好，氣孔夾渣等缺陷更少。

⑤材料選擇：等離子加熱方式對材料限制少，材料選擇更廣泛，對碳化物，氧化物的熔覆更容易一些。

5.結論

在截齒齒頭熔覆硬質合金粉末為截齒強化技術找到了一條途徑，既保持了截齒的整體韌性，又提高了截齒頭部的耐磨性。經工業性試驗驗證后，熔覆合金截齒使用壽命為傳統工藝截齒的2倍以上，在井下過斷層和巖層時尤為明顯，萬噸煤截齒消耗量明顯減少，截齒磨偏現象基本解決，大大提高了煤礦生產效率。 [科]

【參考文獻】

［１］胡希偉.等離子體理論基礎.北京大學出版社，2006．

［２］徐天祥，樊新民.熱處理工實用技術手冊，2001．

［３］邱言龍，聶正斌，雷振國.等離子弧焊與切割技術快速入門.上海科學技術出版社，2011，6．