采煤機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。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(zhì)。有些截齒經(jīng)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(zhì)合金刀頭的保護，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(見圖3)，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。
圖3 截齒的組成
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)象就會加劇;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，第一點和第二點是外在因素，第三點是內(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)格實施。
圖4 等離子弧焊機耐磨堆焊層
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(zhì)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(yīng)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(yīng)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(見圖 4)。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(zhì)合金刀頭的服役期。新工藝生產(chǎn)截齒的總體壽命，達到傳統(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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(zhuǎn)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(jīng)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(zhì)上是一個隔離帶，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
陳誠 13651967323
