[发明专利]一种盾构机滚刀刀圈抗磨、抗冲击处理方法

权利要求书

1.一种盾构机滚刀刀圈抗磨、抗冲击处理方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）滚刀刀圈基体（1）采用30CrMnSi钢材料，用热锻工艺制备毛坯；

（2）采用机械加工方法加工毛坯，加工后预留电弧增材的厚度12mm，即尺寸比刀圈要求尺寸小12mm，获得刀圈基体（1）；

（3）采用三维激光扫描仪，扫描基体（1）表面，获取基体（1）表面三维几何形状的数据，该数据与刀圈的目标尺寸比较，确定不同部位增材的形状和尺寸；

（4）建立金属零件的三维模型，获得三维模型的STL文件，对STL三维模型进行面向提高熔敷效率、表面质量及性能优先方向的区块化处理，并对每个区块的STL文件进行切片处理，获得电弧增材加工路径，设定电弧增材加工参数；

（5）利用电弧增材制造机器人系统，根据电弧增材加工路径和加工参数对刀圈进行电弧增材制造，电弧增材制造机器人系统由6轴机器人、配合3轴变位机组成；

（6）为保证增材沉积态金属与基体的结合强度，以及沉积态金属的耐磨、耐冲击、抗裂、抗疲劳性能，沉积态金属的厚度要达到12mm以上，沉积态金属分为过渡层（2）和工作层（3），过渡层（2）金属为3-4mm，余为工作层（3）；

所述的过渡层（2）的焊丝采用药芯焊丝，药芯焊丝由药粉和用于包裹药粉的钢管组成，钢管为SPCC或H08A低碳钢材质，药粉的填充率为10-15%，填充率为药粉质量与药粉、钢管质量之和的比值；焊丝直径为1.2mm，药粉由合金和造渣稳弧剂均匀混合制成，合金含量重量百分比为90wt%，造渣稳弧剂含量为10wt%；其中上述合金中以重量百分比计含有如下合金元素：0.06%C，0.10%Si，1.6%Mn，2.5%Ni，1.2%Mo，0.15%%Ti，0.20%V，余为Fe；上述造渣稳弧剂由以下重量份的材料混合制成：金红石10份，钾长石8份，钛酸钾3份，氟化钠2份；其中：金红石的成分以重量比计TiO₂含量不小于92%；钾长石成分以重量比计K₂O和Na₂O之和不小于12%，K₂O不小于8%，余为SiO₂、Al₂O₃和不影响性能的杂质；钛酸钾成分以重量比计K₂TiO₃含量不小于98%；氟化钠的成分以重量百分比计NaF不小于98%；上述粉末的粒度为75微米~180微米，即粒度为-80目~+200目；

所述工作层（3）采用Mo₂FeB₂金属陶瓷药芯焊丝，药芯焊丝由药粉和用于包裹药粉的钢管组成，钢管采用304，其化学成分以质量百分比计：Cr为17.5%-19.5%、Ni为8.0%-10.5%、C不大于0.07%、Si不大于0.75%、Mn不大于2.0%、S不大于0.030%、P不大于0.045%、N不大于0.10%、余为Fe和不影响性能的杂质；药粉以质量百分比计如下：12%硼粉，45%钼粉，2%金属铬，2%金属镍，0.5%石墨，3.5%钒铁，3.2%钛铁，1.5%稀土硅镁合金，1.2%纳米二硼化钛，余为铁粉；金属陶瓷药芯焊丝的填充率为45%，填充率为药粉质量与药粉、钢管质量之和的比值，焊丝直径为1.6mm。

2.根据权利要求1所述的盾构机滚刀刀圈抗磨、抗冲击处理方法，其特征在于：所述过渡层（2）的金属采用直径1.2mm焊丝熔覆，采用小直径焊丝、小热输入焊接，降低稀释率，减少基体30CrMnSi对过渡层成分的影响；采用火焰将基体待焊部位预热120-150℃后，再采用电弧焊熔覆进行增材制造；电弧增材制造的工艺参数为：95%Ar+5%O₂富氩气体保护，焊接电流200-220A，电弧电压22-24V，保护气体流量25L/min，焊丝速度为500mm/min，过渡层（2）采用一层多道熔覆，厚度3-4mm。

3.根据权利要求1或2所述的盾构机滚刀刀圈抗磨、抗冲击处理方法，其特征在于：所述工作层（3）焊丝直径为1.6mm，采用80%Ar+20%CO₂富氩气体保护焊，焊接电流320-350A，电弧电压32-35V，保护气体流量25L/min，焊丝速度为520mm/min。