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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，截齒制造企業可根據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節加裝了一圈鎧甲(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，截齒的磨損現象就會加劇;二是截齒的幾何參數和排列方式的影響。合理的截齒幾何形狀參數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。
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熱循環，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象，最終，堆焊層硬度反而升高，達到HV700左右。井下工業試驗表明，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
陳誠 13651967323
