[发明专利]一种新型耐磨耐冲击修复盾构机刀具的堆焊工艺

说明书

本发明涉及一种新型耐磨耐冲击修复盾构机刀具的堆焊工艺，在以往对刀具表面进行堆焊耐磨层时，选择的焊条中钨含量较高，在焊接之后会导致其表面产生裂纹。刀具在遇到硬岩冲击载荷时，会产生耐磨层断裂。针对于以往堆焊中存在的问题，本发明采用了一种提高焊条中Ni和V的含量，同时降低焊条中W的含量，然后加入Nb元素，可以使堆焊层洛氏硬度达到63‑65，并具有较好的韧性。这不仅可以避免堆焊开裂，还可具有较低的摩擦系数，同时增强了刀圈与刀体的结合力，在制造盾构机刀具时可广泛应用。

技术领域

本发明涉及一种新型耐磨耐冲击修复盾构机刀具的堆焊工艺，在材料力学性能领域有所进步，具体涉及刀具的修复方法。

背景技术

盾构掘进隧道方法的出现，拓展了隧道工程施工方法的广度，并使得隧道建设进入自动化施工阶段。盾构机在进行掘进时，主要依靠刀具的挤压、剪切作用，去切削岩石或土壤，为此刀具的性能成为影响盾构施工进度的决定性因素。 盾构机在施工中，不可避免会造成刀具磨损失效。刀具磨损失效后，盾构机必须停止工作。对刀具磨损的原因进行分析，并改进刀具的结构、材料和制造工艺，有利于延长盾构机刀具的使用寿命。本发明在分析盾构机刀具的磨损原因的基础上，针对性的提出了一些修复刀具的措施，从而为研发出更耐磨、更实用的刀具提供新的方案。

盾构机刀具在隧道工作时，隧道穿越的地层主要为粘土沙，其中夹杂中粗砂、砾砂、卵石，砂性土摩擦阻力大，渗透性强，在盾构机的推进挤压下水分很快排出，土体强度提高，故不仅盾构推进摩擦阻力大，而且开挖面土压力也较大，对刀盘的磨损会比较严重。再者外缘刮刀基体耐磨性不够，磨损后造成硬质合金脱落，从而使刀盘承受直接磨损。

焊接技术，又称为连接工程，是一种重要的材料加工工艺。焊接的定义是被焊工件的材质(同种或异种)，通过加热或者加压或二者并用，并且用或不用填充材料，使工件的材质达到原子间的结合而形成永久性连接的工艺工程。堆焊是焊接的一种，是材料表面改性的一种经济而快速的工艺方法，越来越广泛地应用于各个工业部门零件的制造修复中。为了最有效地发挥堆焊层的作用，希望采用的堆焊方法有较小的母材稀释、较高的熔敷速度和优良的堆焊层性能，即优质、高效的堆焊技术。

发明内容

一种新型耐磨耐冲击修复盾构机刀具的堆焊工艺，其特征在于提高焊条中 Ni 和V 的含量，同时降低焊条中 W 的含量，然后加入 Nb 元素，可以使堆焊层洛氏硬度达到63-65 ，并具有较好的韧性，这不仅可以避免堆焊开裂，还可具有较低的摩擦系数，同时增强了刀圈与刀体的结合力。

一种新型耐磨耐冲击修复盾构机刀具的堆焊工艺，堆焊中焊条各熔敷金属化学成分为（%）C：0.5，Si：0.3，Mn：0.5，Cr：4，W：6，Mo：2.5，V：2，Nb：7，Ni：4，其余为大理石、萤石石英、金红石等矿物质混合物，焊条中V，Ni，Nb使焊缝的强度和韧性显著提高。

修复盾构机刀具的堆焊工艺，对盾构刀具本体外缘侧板环面 ,采用埋弧堆焊的方式 ,首先填平一圈凹槽 ,然后堆焊整个侧板环面,在环面上形成一圈耐磨层。

刀具外周边缘的倒角磨损采用加焊一圈耐磨钢板的方式对其进行恢复补强，钢圈面与刀盘本体面平齐 ,钢圈与刀具本体焊接采用二氧化碳保护焊,用埋弧堆焊把钢圈与刀具面板之间的缝隙和钢圈与刀具外缘侧板环面之间的凹槽填平。

本发明的特征在于V，Ni，Nb元素的加入，使焊条熔敷金属具有良好的力学性能， V使焊缝获得大量细小、均匀的铁素体组织，Nb能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，可改善焊接性能，但塑性和韧性有所下降， Ni提高抗氧化能力及韧性，同时弥补了Nb元素带来的不足。

本发明的特征在于采用埋弧堆焊的方式，具有保护完善、能量损失小，生产率高、焊缝成型好的优点，首先填平一圈凹槽 ,然后堆焊整个侧板环面，最后在环面上形成一圈耐磨层，可以使本体直径恢复到出厂时。