盾构刀具堆焊工艺.doc

盾构刀具堆焊工艺
北京固本科技有限公司胡建平
对盾构机刀具进行了失效分析，发现其失效原因主要是冲击和高应力磨粒磨损。针对盾构刀具堆焊工艺，开发了一种堆焊药芯焊丝北京固本耐磨焊丝。再制造刀具的刃口堆焊层无裂纹，堆焊层硬度：HRC60-62无裂纹。再制造刀具的寿命高于进口刀具。

1盾构机刀具的失效分析
北京地铁五号线盾构试验段属于砂卵石地层，沙砾含量大，见图3。地层中石英含量高达45%以上，石英沙是“很好”的磨料，使刀具磨损速度加快。如北京地铁五号线盾构试验段雍和宫站至张自忠站左线1510m为砂卵石及粘土混合地层，掘进过程中更换了5批刀具。

盾构机刀盘直径为6.2m，转速为0～3r/min，通常为1.5r/min，刀盘最外边刀具切削线速度最大可达1m/s，平均为0.5m/s[3]。周边刀受到很大的冲击力。盾构试验段刀具磨损和折断严重，见图4。可以看到，盾构刀具的刃口部位镶嵌的硬质合金刀片存在不同程度的折断破坏，即所谓“崩刃”；对于硬质合金刀片，由于硬度很高，相对韧性较差，冲击断裂是其主要的失效形式。刃口部位的斜坡（内侧）为典型的犁沟式磨损（见图5）。
刀具磨损情况可归纳为表1所示特征。
通过对进口刀具在砂卵石地层的磨损特点分析，可知在砂卵石地层施工中，盾构机刀具主要的失效形式为：冲击破坏、犁沟式磨粒磨损和碾压磨损。

2.盾构刀具堆焊工艺
从盾构机刀具磨损情况来看,由于刀具本体基本完好,大部分刀具磨损在容许范围内,剩余刀刃高度能够满足右线掘进任务,没有必要更换整个刀盘或者是全部刀具,只需要对磨损的刀盘本体和刀具进行焊接修复和更换,即可保证盾构机正常进行下阶段的掘进施工。盾构刀具堆焊修复的原则是保证修复后的刀具本体性能不低于原设计制造的水平,保证更换的刀具与出厂配备的刀具性能相匹配。为此,在深入分析和研究之后,决定采用北京固本耐磨焊丝（焊丝样品图3）堆焊修补具体盾构刀具堆焊工艺：
1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,使得刀具本体直径恢复到出厂时的6240mm。
2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。钢圈外径为6240mm,内径5920mm,厚度30mm。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。钢圈表面采用二氧化碳保护焊堆焊栅格状的耐磨堆焊层。

3.盾构刀具堆焊焊丝材料参数：
焊丝直径1.6mm焊接电流240-280A焊接电压26-31V保护气体纯二氧化碳熔敷金属化学成分：
碳C锰Mn硅Si铌Nb钨V其他1%1.2%0.8%7%5%3%
4、结束语
盾构刀具堆焊工艺在盾构刀具外缘加焊高强度的耐磨钢板,提高了刀具的使用寿命,节省了工程投资。需要指出的是,需要采取合理的盾构刀具堆焊工艺和保证良好的焊接质量。采用北京固本耐磨焊丝，产品焊接在盾构机刀盘上可形成硬度HRC64的耐磨层，延长截齿工作寿命提高工作效率。

投稿日期：2011年10月22日