掘进机镐形截齿等离子弧堆焊耐磨强化研究学习体会

文献概况与失效背景

本文发表于《热加工工艺》2014年第43卷第3期，由徐州工程学院与中国矿业大学联合完成，聚焦掘进机镐形截齿的磨损失效问题。掘进机截齿在煤矿巷道掘进中承担破岩切削功能，工作环境恶劣、冲击载荷大、磨粒磨损严重。文献指出截齿系统中的齿体部分磨损失效占总体失效的一半，其根本原因在于齿体尖部硬度过低，导致齿尖磨钝后硬质合金头过早脱落，最终造成截齿整体失效。针对这一痛点，作者采用等离子弧堆焊工艺，对感应钎焊生产的镐形截齿钎焊接头区域进行耐磨强化处理，选用Fe30堆焊材料，并通过显微组织、表面形貌和力学性能分析来评估强化效果。

等离子弧堆焊工艺要点

等离子弧堆焊相比传统电弧堆焊具有电弧集中、热输入可控、稀释率低等显著优势，特别适合对截齿这类形状复杂、热敏感件的局部强化。在截齿齿体尖部堆焊时，工艺参数选择至关重要：电弧电流通常控制在80至150安培区间，堆焊速度在150至300毫米每分钟之间调整，以保证熔池深度适中、稀释率低于10%。Fe30是一种高铬铸铁类堆焊材料，其特点是含碳量高、铬含量丰富，凝固后形成大量碳化物，硬度可达HRC55以上，但脆性较大，因此堆焊层与齿体之间的过渡区组织与性能匹配尤为关键。

组织与性能分析

堆焊后齿体尖部区域的显微组织主要由马氏体基体与弥散分布的碳化物组成，高碳高铬成分使得碳化物以Cr7C3和Cr23C6为主，这些硬质相均匀分布于马氏体基体中，构成有效的耐磨骨架。表面形貌分析表明，堆焊层表面粗糙度较原始齿体有所增加，但这一粗糙度在掘进工况下有利于增加摩擦系数、提高破岩效率。力学性能测试显示，堆焊后齿体尖部硬度显著提升，耐磨性能改善明显，同时由于稀释率控制得当，堆焊层与齿体之间的过渡区未出现明显裂纹或疏松，接头强度满足使用要求。

工程应用思考

从5W2H方法分析，该技术的核心优势在于：What——针对齿体磨损失效进行局部强化；Why——从根本上解决齿尖磨钝问题；Where——应用于钎焊接头区域；How——采用等离子弧堆焊工艺。在实际掘进机截齿的维护管理中，截齿的更换成本占运维费用的相当比例，通过堆焊强化延长截齿寿命，可以直接降低单产煤成本。但需要关注的是，堆焊层由于脆性较大，在强烈冲击载荷下可能出现剥落，因此建议在堆焊后对齿体进行适当低温回火处理，在保持硬度的同时改善韧性。此外，堆焊层的厚度控制也需结合截齿的磨损量预测模型来确定，过厚会增加成本，过薄则强化效果不足。

学习心得

本文的研究思路体现了典型的"失效分析驱动工艺改进"的工程逻辑，从截齿磨损失效的量化统计出发，定位齿体尖部硬度不足为关键失效因子，进而选择等离子弧堆焊作为强化手段，逻辑清晰、针对性强。对于从事矿山装备维护的技术人员而言，掌握堆焊材料选择与工艺参数匹配的基本方法，能够有效提升现场维修效率与装备可靠性。值得进一步探讨的方向包括：堆焊层在多次磨损-再堆焊循环中的性能退化规律，以及不同堆焊材料在冲击-磨损复合工况下的适应性比较。