盾構機刀盤耐磨焊絲的研究

1、盾構機刀盤耐磨焊絲的研究北京地區(qū)地層中含有大量的砂礫和卵石，地鐵盾構施工時盾構機刀具受到高應力下的磨粒磨損和沖擊作用，損耗嚴重。進口刀具僅能掘進250米左右，這不僅增加了地鐵施工成本，影響了施工進程，還增加了因刀具更換次數(shù)過多而帶來的塌方隱患。盾構機刀盤耐磨焊絲在此過程中發(fā)揮著重要作用，北京固本科技從刀具的堆焊修復著手開展了盾構機刀具強化研究，開發(fā)了碳化鎢復合堆焊藥芯焊絲。該系列焊絲所制堆焊層硬度在HRC51以上，堆焊時無需對刀體進行預熱和焊后熱處理，堆焊層無裂紋。通過沖擊實驗和磨粒磨損實驗，考察了堆焊層的硬度、組織及其磨粒磨損性能，實驗結果表明堆焊層具有優(yōu)異的耐磨耐沖擊性能。通過合理的堆焊層

2、設計，強化的盾構機刀具達到掘進780余米的使用壽命。  盾構法是利用盾構機在地面以下暗挖隧道的一種施工方法，具有安全高效、對地面干擾小等優(yōu)點，是當前城市隧道建設的最佳選擇。2001年7月北京地鐵五號線盾構試驗段進行始發(fā)掘進，這是北京地區(qū)首次將盾構施工法引入地鐵隧道建設。在北京市科委的大力資助下，通過對盾構機刀具、刀盤的詳細失效分析，研發(fā)了刀具、刀盤修復專用系列堆焊焊絲和耐磨復合鋼板，有效解決了刀具刀盤的磨損問題，大幅提高了刀具壽命。 1北京地區(qū)地質(zhì)特征及盾構機刀具失效原因。 北京市地處永定河洪沖積扇的中上部1，地層中含有大量的砂卵石（見圖1），而且一般級

3、配良好，含砂率在25 40之間2，盾構機在此地層中施工遠比在砂性土層中施工困難。地鐵隧道施工時，盾構機刀具受到強烈的沖擊和高應力的磨粒磨損，這是造成刀具迅速失效的主要原因3。圖2為刀具的失效形貌圖，可見刀具的失效主要是刃口上鑲嵌的硬質(zhì)合金的脫落和折斷。刀具作為盾構機的主要損耗件之一，全部依賴進口，不但造價昂貴，運輸耗時、耗資，對地鐵施工的進程造成了很大的影響,而且頻繁更換刀具使得開倉次數(shù)增加，加大了塌方危險發(fā)生的可能性。因此，開展盾構機刀具、刀盤的修復研究，顯得尤為必要。    1 北京地區(qū)地層渣土    

4、;               2盾構機刀具失效形貌   圖3盾構刀具不同失效部位的SEM分析表1 盾構刀具磨損特性分類表刀具部位 內(nèi)側本體 外側本體 外側球齒 刃口 磨損性質(zhì) 犁溝式磨粒磨損 犁溝磨損+碾壓磨損 犁溝磨損+塌陷 北京固本科技通過對進口盾構刀具在砂卵石地層的磨損特點分析，我們得出的結論是：盾構刀具在砂卵石地層施工

5、中，主要的失效形式為：沖擊破壞、犁溝式磨粒磨損和碾壓磨損。由此，我們開成功開發(fā)了盾構機刀具專用耐磨堆焊絲和耐磨復合鋼板。  2 藥芯焊絲及其性能 2.1 碳化鎢復合藥芯焊絲 KB999碳化鎢復合焊絲是針對盾構機刀具修復開發(fā)的一種堆焊藥芯焊絲，直徑為1.6mm，采用CO2氣體保護焊或者自保護焊（無需保護氣體）。該型號焊絲具有良好的焊接工藝性能，堆焊層焊態(tài)硬度可達64HRC，堆焊層裂紋傾向小，而且可以滿足盾構機刀具現(xiàn)場修復時苛刻的施焊要求：難以進行焊前預熱和焊后熱處理、施焊空間狹小、通風條件差等。堆焊試樣所用的試板為Q235鋼板，尺寸為1

6、00×200×10mm，堆焊層數(shù)為三層，層間溫度控制在150以下。 2.2 藥芯焊絲熔敷金屬的組織 由盾構機刀具的工況可知，刀具既要具備較高的硬度以抵御高應力的磨粒磨損，又要有足夠的韌性來吸收砂卵石的沖擊。所以選擇Fe-Cr-Ni-Nb- Mo等元素組成的合金系設計了KB999系列堆焊藥芯焊絲。堆焊層沖擊前后的組織見圖3?？梢姸押笇訛閿嗬m(xù)網(wǎng)狀的奧氏體（白色）與低碳馬氏體（細針狀）的混合組織，沖擊后堆焊層的組織得到一定的細化，馬氏體組織明顯增加。   4  3.5Kg鉛球1m自由落體沖擊10次前的組織 隨著沖擊次數(shù)的增加，堆焊層