无火花截齿

无火花截齿

摘要：采用堆焊耐磨强化技术在截齿的头部堆焊一层专用金属陶瓷层，截齿喷淋淬火时截齿头部加保温防护罩保护硬质合金刀头。不仅有效的保护了截齿硬质合金刀头不过早脱落，也避免了传统工艺先钎焊后调质或盐浴等温淬火对焊缝和硬质合金刀头的潜在危害。使截齿的整体性能大幅度提高。金属陶瓷层有效防止了采煤时产生火花，提高了煤炭生产的安全性。

关键词：无火花截齿；堆焊耐磨；工艺研究

1、概述

截齿是煤矿井下采煤机和掘进机工作时的重要截割部件，由于直接受到煤层和岩石的磨损，寿命大都较短，在生产过程中需要经常更换截齿，不仅增加了生产成本。而且影响了煤炭的正常生产。我国自引进机械化采煤设备后，国内的许多煤矿设备生产厂家开始了截齿的生产。但由于起步晚，国产截齿质量与进口截齿有很大的差距。许多煤矿为了不影响煤炭产量，仍然采用进口截齿。不仅如此，国内外还没有一种有效消除采煤时截齿摩擦产生火花的方法，对煤矿生产的安全性存在着一定的潜在威胁。为了提高国产截齿的产品质量，开展了系统研究，找出了一种符合我国材料生产现状的截齿生产新方法，并在此基础上大胆创新，解决了截齿采煤产生火花的问题。

2、研究分析与试验内容

2．1截齿失效形式分析

截齿的失效形式一般有以下四种情况：①正常磨损；②硬质合金刀头过早脱落。原因一是刀头和齿体间钎焊存在质量问题，二是截齿头部磨损过快，刀头过早脱落；③硬质合金本身质量问题或在生产过程中因淬火激冷等导致合金内部产生微裂纹。受到冲击时碎裂；④齿体的强韧性不够而弯曲或折断。

2．2截齿现行生产工艺分析

国外驻华独资企业截齿生产技术现状是：齿体材料采用优质合金调质钢，硬质合金齿尖全部进口，质量稳定，能够经受钎焊后的调质淬火激冷。齿体钎焊后调质，采用二次电炉控温加热保温后整体人油淬火。进口淬火油具有独特而稳定的淬火冷却特性。随后再进入电炉高温回火。整个热处理过程采用自动控制，精确控制工艺参数，其优点是质量稳定，缺点是生产成本高。

国内现行截齿生产工艺一般为：原材料抽样化验一下料一锻造一车削一齿头部中心钻钎焊盲孔一齿头部钎焊硬质合金齿尖一调质热处理或盐浴等温淬火一喷丸处理一安装弹簧档圈涂油包装一按标准装箱入库。齿体材料采用优质合金调质钢，齿头部钎焊采用铜合金焊料，硬质合金齿尖牌号一般采用YGl3C。大多数企业采用了钎焊余热对截齿整体进行盐浴等温淬火，一是投资小，二是盐浴淬火温度比调质热处理温度较易控制，三是解决国产淬火油质量不稳定和热处理炉温控制误差大等问题，四是等温淬火冷却较调质油淬冷却平缓，减少国产硬质合金淬火开裂隐患。推广应用的经验表明。截齿的整体质量虽比不上进口截齿，但该技术比整体调质更适用于国产硬质合金和钎焊料。但生产过程一般是人工操作，盐浴耗能高，对环境有污染，工人劳动强度大，性能改进潜力小。不论是调质还是等温盐浴，存在的本质缺陷是截齿齿体头部的耐磨性都不高，不能很好地保护硬质合金齿尖。为了克服上述缺陷，曾采取表面喷涂、渗碳、堆焊等硬化技术，但都因工艺复杂成本高质量不稳定等因素未获应用。

2．3堆焊耐磨截齿技术研究

由以上分析可知，提高截齿整体寿命最可行的途径是在保证截齿齿体整体强韧性的前提下，提高齿体头部的耐磨性能，避免或减少生产过程对硬质合金刀头的损害。为此本文将前期研发的堆焊耐磨强化技术应用到截齿生产中。堆焊耐磨技术不仅能够在齿体头部均匀堆焊一层高结合力高硬度高耐磨性的金属陶瓷层，而且可降低对齿体头部淬火要求，保护了硬质合金刀头和钎焊缝不受激冷损害。此外金属陶瓷与岩石碰撞磨擦时极少产生火花，提高了井下煤炭开采的安全性。

3试验结果

经实验室试验和现场工业性试验，取得了预期的结果，主要表现在以下几个方面：

1)合金陶瓷层与基体呈冶金结合，抗冲击强度高、不脱落。

2)在表面强化前，可以不经过清洗等复杂的前处理工艺而直接加工。

3)在截齿自动堆焊焊机程序控制之下，可实现稳定批量生产，达到工业应用的要求。

4)熔覆层表面平整，外形美观。

5)金属陶瓷层的硬度和耐磨性不受热处理影响，热处理前后的硬度都在63HRC以上，因此截齿淬火时可在齿体头部增设保温帽，保护硬质合金不受激冷损害。

6)金属陶瓷层与硬质合金齿尖耐磨性能相匹配，基本达到同步磨损，既防止齿尖过早脱落，又能保持自锐性。

7)金属陶瓷层与矸石摩擦碰撞时不会产生火花，达到了本安型截齿的要求。

8)生产过程质量稳定，节能节材，效率高，无污染。

由此可见，表面堆焊金属陶瓷强化技术的应用为截齿性能的提高找到了一条新的途径，突出解决了截齿既保持齿体强韧性，又大幅度提高齿头部耐磨性，同时又使硬质合金刀头和钎焊缝不受激热激冷的技术难题。

在实际拥有中，堆焊北京固本金属陶瓷耐磨焊丝的无火花截齿全国几十家矿业集团或地方煤矿得到了应用，使用结果证明该种截齿具有以下特点：①万吨煤截齿消耗量明显减少；②截齿自锐性加强，磨偏现象大大减少；③韧性强，折断率远低于传统工艺生产的截齿，减少了齿套和齿座的磨损；④由于减少了热处理工艺对硬质合金刀头的破坏，合金刀头在截割过程中经常出现的碎裂现象明显减少。

4结论

耐磨堆焊层表面强化技术在截齿的头部堆焊一层专用金属陶瓷层，截齿喷淋淬火时齿头部加保温防护罩保护硬质合金刀头，不仅有效的保护了截齿硬质合金刀头不过早脱落，防止了采煤时产生火花，也避免了传统工艺先钎焊后调质或盐浴等温淬火对焊缝和硬质合金刀头的潜在危害，使截齿的整体性能大幅度提高，可逐步取代外企产品，降低采煤生产成本。