超耐磨合金激光熔覆,助力盾構機刀圈強化再升級,讓掘進(jìn)更高效
隨著(zhù)軌道交通行業(yè)的迅猛發(fā)展,盾構機作為一種隧道挖掘機,起到了至關(guān)重要的作用。盾構機主要包括了前盾、中盾、尾盾、刀盤(pán)及其他附件,而刀盤(pán)相當于“排頭兵”,具有開(kāi)挖功能、穩定功能及攪拌功能,是名副其實(shí)的核心部件。同時(shí),滾刀對刀盤(pán)的使用又起到了功不可沒(méi)的作用。滾刀安裝在其前端,通過(guò)推力使其緊貼巖石表面,刀盤(pán)旋轉時(shí),滾刀一邊隨著(zhù)刀盤(pán)旋轉,一邊圍繞自身軸心進(jìn)行旋轉。施工時(shí),若盾構機推力小于巖石強度,會(huì )在巖石表面切出一系列同心圓溝槽;當盾構機推力大于巖石本身強度時(shí),巖石會(huì )被直接切碎。盾構機破巖原理是將刀刃插入巖石,使巖石表面呈現放射性裂紋,隨后給滾刀施加推力,相鄰滾刀間巖石的裂紋就會(huì )延伸,從而變成碎片崩落,破巖完成。
滾刀由刀體、刀圈、擋圈、端蓋、軸承五大部分組成,刀圈是加熱到100~200℃安裝到刀體上。在盾構機施工硬巖或上軟下硬、上硬下軟等復合地層時(shí),中心滾刀在該類(lèi)地層掘進(jìn)中磨損較快,而在上軟下硬地層中,滾刀偏磨現象比較常見(jiàn),因此,刀圈屬于極易磨損件,超過(guò)磨損量閾值后則需要進(jìn)行更換。而盾構機開(kāi)倉更換易損件屬于危大工程范疇,風(fēng)險高、技術(shù)要求高以及工作強度大,同時(shí),也會(huì )大大提升生產(chǎn)周期及成本。因此,提高刀圈的使用壽命可大大減少更換次數,降低人力、物力的消耗,節約成本,也進(jìn)一步保障生產(chǎn)安全及周期可控,在工程實(shí)踐中具有重要的意義。
為了提高刀圈的使用壽命,目前普遍采用在刀圈工作區域表面沉積耐磨材料,一般選擇HRC55高硬度的材料,然后,通過(guò)激光熔覆技術(shù)在表面獲得一層較硬的耐磨層。而由于目前常用的熔覆材料種類(lèi)及加工工藝技術(shù)差異化明顯,實(shí)際獲得的產(chǎn)品質(zhì)量也良莠不齊,往往存在熔覆層耐磨性能差、產(chǎn)品使用壽命短,甚至出現使用中掉塊、開(kāi)裂等現象,因此,在實(shí)際應用中取得的改善效果并不明顯。
我司針對盾構機刀圈目前的使用工況,為某中鐵旗下客戶(hù)研制了適用于刀圈表面改性的超耐磨合金材料,可以兼顧超高硬度及結合面超高韌性?xún)纱髢?yōu)勢。同時(shí),針對刀圈結構,優(yōu)化激光熔覆路徑,將超耐磨合金材料送入高能量密度的激光作用區中,使超耐磨合金材料迅速熔化并與刀圈基體形成冶金結合,使得在刀圈表面獲取一層結合強度高的超耐磨合金層,并形成了完善的刀圈表面激光熔覆強化工藝規范,進(jìn)一步提升刀圈激光熔覆批量制造穩定性。
我司開(kāi)發(fā)的新型復合粉末為鐵基粉末及具有超高硬度的第二相所構成,第二相最高硬度可達到HV2600-3200,因此,該硬質(zhì)相的加入可大大提升熔覆層的整體硬度。同時(shí),經(jīng)過(guò)對不同比例粉末進(jìn)行多次反復的試驗研究,發(fā)現復合粉末在一定比例時(shí)得到的超高耐磨合金層可同時(shí)滿(mǎn)足高硬度及結合面高韌性?xún)纱髢?yōu)勢,整體性能最佳。對熔覆層進(jìn)行微觀(guān)分析,發(fā)現其中的硬質(zhì)相比例達到了70%,耐磨層的平均硬度為HRC64以上,遠遠高于基材的硬度,真正做到了內里強韌外表超耐磨。
使用了我司超耐磨合金的刀圈產(chǎn)品在盾構機掘進(jìn)工作中得到大量使用,據現場(chǎng)技術(shù)人員的數據統計結果,超耐磨合金刀圈的平均使用壽命比傳統刀圈提升一倍以上,施工效率明顯提升,大幅降低了工程人員的工作量。目前我司配備多臺刀圈激光熔覆平臺,可實(shí)現批量的刀圈熔覆加工。而且我司在現有的技術(shù)上,針對不同的巖層環(huán)境,結合客戶(hù)反饋數據,不斷進(jìn)行材料性能優(yōu)化,進(jìn)一步完善刀圈激光熔覆工藝數據庫,力爭將刀圈的品質(zhì)不斷提升,服務(wù)更多的施工單位。