截齒耐磨堆焊層具有良好的綜合抗損性能，堆焊層特性的改變，取決于堆焊材料成分、組織和性能的變化以及配套堆焊工藝的嚴格實施。使用等離子弧堆焊材料及堆焊工藝、TIG堆焊材料及堆焊工藝，可獲得良好的應用效果。
采煤機截齒耐磨堆焊層(見圖1)以其良好的綜合抗損性能，可保護截齒頭免遭強烈的磨損而過早失效，在機械化綜合采煤生產作業中獲得了推廣應用。從廣義上講，如果報廢截齒被修復再利用，那么，截齒耐磨堆焊層工藝技術，將可能成為煤礦綜采裝備實現節約型循環經濟技術的組成部分。從機理上講，截齒耐磨堆焊層的作用是利用自身及其耐磨性，在截齒齒體頭部形成一個防護帶，使齒頭不與被采煤巖直接接觸，而是以該防護帶與硬質合金刀頭組成的聯合體，共同承受采煤過程中煤巖產生的強烈磨擦、沖擊等作用，減緩截齒磨損失效率，延長截齒的使用壽命。然而，實際情況中，截齒耐磨堆焊層的出現和使用，將截齒刀頭與被切割煤巖之間的磨擦、沖擊等作用，轉換為或部分轉換為堆焊層與被切割煤巖之間的磨擦、 沖擊等作用，它們之間的磨擦磨損、沖擊損傷等，不僅取決于兩個接觸體材料的特性及其匹配行為，還受到采煤過程中諸多因素的影響。近年來，在多種可供選用的防止截齒過早失效的冶金技術中，工藝簡便和效果較好者當推截齒耐磨堆焊層。研究表明，截齒耐磨堆焊層性能的優化與改善，是防止采煤過程中的截齒快速磨損失效的重要技術措施。事實上，自從截齒耐磨堆焊層技術出現以來，隨著采煤現場出現問題的逐步克服，新型截齒耐磨堆焊層專用堆焊材料和技術不斷被推出，截齒耐磨堆焊層的材料品種已經或正在發生質的變化。堆焊材料的創新推動了截齒耐磨堆焊層技術的進步與發展，而截齒耐磨堆焊層技術的進步，則促進了綜采技術的提高以及應用的穩步發展。為此，本公司特意將典型堆焊材料與截齒耐磨堆焊層磨損特性相聯系，綜合評述截齒耐磨堆焊材料的特點及其應用。該項研究對推動截齒耐磨堆焊層堆焊技術的進一步完善，提高截齒使用壽命，具有積極意義和參考價值。
工作原理及影響因素
1. 采煤機截齒耐磨堆焊層的工作原理
截齒耐磨堆焊層實質上是一個沿截齒齒頭圓周方向，采用堆焊方法形成的、具有一定寬度(20～30mm)和一定厚度(2～3mm)的環形隔離帶(見圖2)。這個環形隔離帶使齒頭不再與被采煤巖直接接觸，保護截齒齒頭母材免遭強烈磨損;齒頭壽命延長的同時維護了硬質合金刀頭正常作業，免遭刀頭過早脫落使截齒失效。截齒堆焊層的工況條件比較復雜，截齒在切割煤巖過程中除了承受周期性壓應力、切應力和沖擊載荷作用外，還要承受長時間磨粒磨擦、沖擊產生的溫升作用以及腐蝕介質的腐蝕作用。有文獻把截齒的磨損機制或性質歸納為機械磨損伴隨著熱疲勞磨損和磨粒磨損。不難看出，截齒堆焊層的性能要求比較苛刻，首先自身要耐磨，也就是說在采煤過程中，截齒堆焊層與煤層間會發生持續磨擦運動，截齒堆焊層必須經受住煤層的長時間磨損。在這種情況下，堆焊層的硬度、耐磨性越高越好;其次，必須考慮截齒在切割煤巖過程中不可避免的沖擊載荷作用，如果堆焊層的硬度太高，金屬韌性較差，堆焊層金屬容易發生崩裂或斷裂。因此，堆焊層的硬度不一定是越高越好，而是應當綜合考慮，使其具有良好的綜合抗磨性能。所謂綜合抗磨性能，是指具有較高耐磨性能前提條件下，適當降低硬度和耐磨性，以其適度的耐磨性改善堆焊層綜合抗損性。最佳的綜合抗損性與堆焊層硬度之間存在一定的匹配關系，該關系的量化確定，可能對于截齒堆焊層焊接材料性能的重大改進產生積極的推動作用。
2. 采煤機截齒耐磨堆焊層性能及影響因素
鎬型截齒由硬質合金刀頭、齒頭和齒柄三部分組成，采用釬焊工藝將硬質合金刀頭嵌入齒體連接。可供選用的、能夠滿足截齒工況條件的齒體鋼種很多，截齒制造企業可根據截齒種類及具體工況條件選擇合適的截齒刀體材質。有些截齒經受不住采煤過程中煤炭巖石的強烈磨損，而且因其過早磨損而喪失對硬質合金刀頭的保護，導致刀頭過早脫落、失效。在嵌入合金刀頭附近圓周方向堆焊一個推焊層，相當于在截齒齒體薄弱環節加裝了一圈鎧甲(見圖3)，避免截齒齒體與被切割煤炭過早直接接觸，保護截齒齒體免遭煤炭及巖層強烈磨損。
圖3 截齒的組成
截齒堆焊層的使用性能影響因素較多，總體上有三大因素：一是載荷力的影響。在采煤過程中，凡是增大作用在堆焊層與煤巖間接觸力的因素，如增大采煤機牽引速度時，截齒的切割阻力增大，截齒的磨損現象就會加劇;二是截齒的幾何參數和排列方式的影響。合理的截齒幾何形狀參數以及與被采煤巖物理特性良好匹配的截齒排列方式，可以減小截齒的切割阻力和軸向力，從而減緩截齒的磨損;三是堆焊層與煤巖材料特性的影響。煤質的軟硬以及夾矸石的多少，對截齒的磨損影響非常明顯。煤質較軟、夾矸石較少的煤巖，截齒切割阻力較小，采煤機牽引阻力也較小，截齒的磨損率較小;反之，截齒的磨損率較大。
在上述堆焊層性能影響因素中，第一點和第二點是外在因素，第三點是內在因素，外因通過內因起作用。也就是說，無論是載荷力的影響，還是截齒的幾何參數和排列方式的影響，最終要反映到堆焊層與煤巖材料特性的影響。材料特性是核心影響因素。在這里，煤巖材料特性是被預先選定的(即被采煤巖特性是客觀已經存在的)，可以改變材料特性的是截齒堆焊層。而截齒堆焊層特性的改變，歸根結底取決于堆焊材料成分、組織和性能的變化，以及配套堆焊工藝的嚴格實施。
耐磨堆焊層堆焊材料特點
1、截齒的耐磨性能顯著提高。使用先進的等離子熔覆強化技術在截齒頭部熔覆一層高硬度金屬陶瓷層，該金屬陶瓷層具有硬度高、韌性好、耐磨耐沖擊等特點，很好的保護了截齒齒體頭部，降低了頭部齒體磨損速度，使齒體與合金頭同步磨損，達到了最優配合。 5 V0 s- L# t0 m; O4 P8 H. ? N' Z
2、抗彎性能顯著提高。根據截齒在使用過程中的斷裂部位及彎曲情況，使用先進的分析軟件ANSYS對截齒進行了使用過程受力破壞計算機模擬分析，并根據分析結果研發出了獨特的熱處理工藝等生產加工工藝，使齒體的整體抗彎能力及齒柄的表面強度得到了很大提高，保證了截齒的正常使用。 2 d) B! p0 `& T
3、使用過程中“不產生火花”。普通截齒在使用過程中特別是割巖石過程中會產生大量的火花，給煤礦生產帶來了極大的安全隱患。我公司生產的等離子熔覆強力“無火花”截齒因為在截齒頭部熔覆一層高硬度的金屬陶瓷層，該陶瓷層使截齒在使用過程中產生的火花量減少了90%以上，極大的提高了煤炭開采的安全性。& `1 Q s& k1 V U2 B4 r7 g l, U8 ~# o2 ?
以下是使用同樣的砂輪在同樣的條件下做的火花對比試驗：
- q0 C! g/ q. H$ Z 普通截齒在打磨過程中產生呈發散的長度約為60cm的明亮火花，如圖2所示：而等離子熔覆強化截齒在打磨的過程中基本不產生火花只是有極少較暗的火花出現，并且火花長度只有10-20cm，如圖3所示：
6 W; K+ J) }* x! O 總之，等離子熔強化無火花截齒具有耐磨損、壽命長、不易折斷、無火花等特點。不僅降低了煤炭生產成本，減少了工人勞動強度，而且很好的解決了長期以來因為截齒在使用過程中產生火花而威脅煤炭安全生產的問題 等離子堆焊材料的應用，使截齒堆焊層性能指標和堆焊層形狀具有多變性和可控性;等離子弧堆焊材料及堆焊工藝的應用，徹底解決了釬焊過程對齒頭造成的退火軟化難題。
陳誠 13651967323
