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(yán)格實(shí)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(yīng)用效果。
采煤機(jī)截齒耐磨堆焊層(見(jiàn)圖1)以其良好的綜合抗損性能，可保護(hù)截齒頭免遭強(qiáng)烈的磨損而過(guò)早失效，在機(jī)械化綜合采煤生產(chǎn)作業(yè)中獲得了推廣應(yīng)用。從廣義上講，如果報(bào)廢截齒被修復(fù)再利用，那么，截齒耐磨堆焊層工藝技術(shù)，將可能成為煤礦綜采裝備實(shí)現(xiàn)節(jié)約型循環(huán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)的組成部分。從機(jī)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(gè)防護(hù)帶，使齒頭不與被采煤巖直接接觸，而是以該防護(hù)帶與硬質(zhì)合金刀頭組成的聯(lián)合體，共同承受采煤過(guò)程中煤巖產(chǎn)生的強(qiáng)烈磨擦、沖擊等作用，減緩截齒磨損失效率，延長(zhǎng)截齒的使用壽命。然而，實(shí)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(zhuǎn)換為或部分轉(zhuǎn)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(gè)接觸體材料的特性及其匹配行為，還受到采煤過(guò)程中諸多因素的影響。近年來(lái)，在多種可供選用的防止截齒過(guò)早失效的冶金技術(shù)中，工藝簡(jiǎn)便和效果較好者當(dāng)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(guò)程中的截齒快速磨損失效的重要技術(shù)措施。事實(shí)上，自從截齒耐磨堆焊層技術(shù)出現(xiàn)以來(lái)，隨著采煤現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)問(wèn)題的逐步克服，新型截齒耐磨堆焊層專用堆焊材料和技術(shù)不斷被推出，截齒耐磨堆焊層的材料品種已經(jīng)或正在發(fā)生質(zhì)的變化。堆焊材料的創(chuàng)新推動(dòng)了截齒耐磨堆焊層技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，而截齒耐磨堆焊層技術(shù)的進(jìn)步，則促進(jìn)了綜采技術(shù)的提高以及應(yīng)用的穩(wěn)步發(fā)展。為此，本公司特意將典型堆焊材料與截齒耐磨堆焊層磨損特性相聯(lián)系，綜合評(píng)述截齒耐磨堆焊材料的特點(diǎn)及其應(yīng)用。該項(xiàng)研究對(duì)推動(dòng)截齒耐磨堆焊層堆焊技術(shù)的進(jìn)一步完善，提高截齒使用壽命，具有積極意義和參考價(jià)值。
工作原理及影響因素
1. 采煤機(jī)截齒耐磨堆焊層的工作原理
截齒耐磨堆焊層實(shí)質(zhì)上是一個(gè)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(見(jiàn)圖2)。這個(gè)環(huán)形隔離帶使齒頭不再與被采煤巖直接接觸，保護(hù)截齒齒頭母材免遭強(qiáng)烈磨損;齒頭壽命延長(zhǎng)的同時(shí)維護(hù)了硬質(zhì)合金刀頭正常作業(yè)，免遭刀頭過(guò)早脫落使截齒失效。截齒堆焊層的工況條件比較復(fù)雜，截齒在切割煤巖過(guò)程中除了承受周期性壓應(yīng)力、切應(yīng)力和沖擊載荷作用外，還要承受長(zhǎng)時(shí)間磨粒磨擦、沖擊產(chǎn)生的溫升作用以及腐蝕介質(zhì)的腐蝕作用。有文獻(xiàn)把截齒的磨損機(jī)制或性質(zhì)歸納為機(jī)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(shuō)在采煤過(guò)程中，截齒堆焊層與煤層間會(huì)發(fā)生持續(xù)磨擦運(yùn)動(dòng)，截齒堆焊層必須經(jīng)受住煤層的長(zhǎng)時(shí)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(guò)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(yīng)當(dāng)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(dāng)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(guān)系，該關(guān)系的量化確定，可能對(duì)于截齒堆焊層焊接材料性能的重大改進(jìn)產(chǎn)生積極的推動(dòng)作用。
2. 采煤機(jī)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?？晒┻x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(guò)程中煤炭巖石的強(qiáng)烈磨損，而且因其過(guò)早磨損而喪失對(duì)硬質(zhì)合金刀頭的保護(hù)，導(dǎo)致刀頭過(guò)早脫落、失效。在嵌入合金刀頭附近圓周方向堆焊一個(gè)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(jiàn)圖3)，避免截齒齒體與被切割煤炭過(guò)早直接接觸，保護(hù)截齒齒體免遭煤炭及巖層強(qiáng)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(guò)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(jī)牽引速度時(shí)，截齒的切割阻力增大，截齒的磨損現(xiàn)象就會(huì)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(duì)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(jī)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(diǎn)和第二點(diǎn)是外在因素，第三點(diǎn)是內(nèi)在因素，外因通過(guò)內(nèi)因起作用。也就是說(shuō)，無(wú)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(shí)施。
耐磨堆焊層堆焊材料特點(diǎn)
1、截齒的耐磨性能顯著提高。使用先進(jìn)的等離子熔覆強(qiáng)化技術(shù)在截齒頭部熔覆一層高硬度金屬陶瓷層，該金屬陶瓷層具有硬度高、韌性好、耐磨耐沖擊等特點(diǎn)，很好的保護(hù)了截齒齒體頭部，降低了頭部齒體磨損速度，使齒體與合金頭同步磨損，達(dá)到了最優(yōu)配合。 5 V0 s- L# t0 m; O4 P8 H. ? N' Z
2、抗彎性能顯著提高。根據(jù)截齒在使用過(guò)程中的斷裂部位及彎曲情況，使用先進(jìn)的分析軟件ANSYS對(duì)截齒進(jìn)行了使用過(guò)程受力破壞計(jì)算機(jī)模擬分析，并根據(jù)分析結(jié)果研發(fā)出了獨(dú)特的熱處理工藝等生產(chǎn)加工工藝，使齒體的整體抗彎能力及齒柄的表面強(qiáng)度得到了很大提高，保證了截齒的正常使用。 2 d) B! p0 `& T
3、使用過(guò)程中“不產(chǎn)生火花”。普通截齒在使用過(guò)程中特別是割巖石過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的火花，給煤礦生產(chǎn)帶來(lái)了極大的安全隱患。我公司生產(chǎn)的等離子熔覆強(qiáng)力“無(wú)火花”截齒因?yàn)樵诮佚X頭部熔覆一層高硬度的金屬陶瓷層，該陶瓷層使截齒在使用過(guò)程中產(chǎn)生的火花量減少了90%以上，極大的提高了煤炭開采的安全性。& `1 Q s& k1 V U2 B4 r7 g l, U8 ~# o2 ?
以下是使用同樣的砂輪在同樣的條件下做的火花對(duì)比試驗(yàn)：
- q0 C! g/ q. H$ Z 普通截齒在打磨過(guò)程中產(chǎn)生呈發(fā)散的長(zhǎng)度約為60cm的明亮火花，如圖2所示：而等離子熔覆強(qiáng)化截齒在打磨的過(guò)程中基本不產(chǎn)生火花只是有極少較暗的火花出現(xiàn)，并且火花長(zhǎng)度只有10-20cm，如圖3所示：
6 W; K+ J) }* x! O 總之，等離子熔強(qiáng)化無(wú)火花截齒具有耐磨損、壽命長(zhǎng)、不易折斷、無(wú)火花等特點(diǎn)。不僅降低了煤炭生產(chǎn)成本，減少了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，而且很好的解決了長(zhǎng)期以來(lái)因?yàn)榻佚X在使用過(guò)程中產(chǎn)生火花而威脅煤炭安全生產(chǎn)的問(wèn)題 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，徹底解決了釬焊過(guò)程對(duì)齒頭造成的退火軟化難題。
山東建研地基、北京銀鑫海大、山東新汶礦業(yè)集團(tuán)、河南北郭鉆頭廠、常熟鑫宏集團(tuán)、方大集團(tuán)等是我們的合作廠家，一直以來(lái)反映效果都很好。
