截齿耐磨堆焊层实质上是一个沿截齿齿头圆周方向,采用堆焊方法形成的、具有一定宽度(20～30mm)和一定厚度(2～3mm)的环形隔离带(见图2)。这个环形隔离带使齿头不再与被采煤岩直接接触,保护截齿齿头母材免遭强烈磨损;齿头寿命延长的同时维护了硬质合金刀头正常作业,免遭刀头过早脱落使截齿失效。截齿堆焊层的工况条件比较复杂,截齿在切割煤岩过程中除了承受周期性压应力、切应力和冲击载荷作用外,还要承受长时间磨粒磨擦、冲击产生的温升作用以及腐蚀介质的腐蚀作用。有文献把截齿的磨损机制或性质归纳为机械磨损伴随着热疲劳磨损和磨粒磨损。不难看出,截齿堆焊层的性能要求比较苛刻,首先自身要耐磨,也就是说在采煤过程中,截齿堆焊层与煤层间会发生持续磨擦运动,截齿堆焊层必须经受住煤层的长时间磨损。在这种情况下,堆焊层的硬度、耐磨性越高越好;其次,必须考虑截齿在切割煤岩过程中不可避免的冲击载荷作用,如果堆焊层的硬度太高,金属韧性较差,堆焊层金属容易发生崩裂或断裂。因此,堆焊层的硬度不一定是越高越好,而是应当综合考虑,使其具有良好的综合抗磨性能。所谓综合抗磨性能,是指具有较高耐磨性能前提条件下,适当降低硬度和耐磨性,以其适度的耐磨性改善堆焊层综合抗损性。最佳的综合抗损性与堆焊层硬度之间存在一定的匹配关系,该关系的量化确定,可能对于截齿堆焊层焊接材料性能的重大改进产生积极的推动作用。
2. 采煤机截齿耐磨堆焊层性能及影响因素
镐型截齿由硬质合金刀头、齿头和齿柄三部分组成,采用钎焊工艺将硬质合金刀头嵌入齿体连接。可供选用的、能够满足截齿工况条件的齿体钢种很多,截齿制造企业可根据截齿种类及具体工况条件选择合适的截齿刀体材质。有些截齿经受不住采煤过程中煤炭岩石的强烈磨损,而且因其过早磨损而丧失对硬质合金刀头的保护,导致刀头过早脱落、失效。在嵌入合金刀头附近圆周方向堆焊一个推焊层,相当于在截齿齿体薄弱环节加装了一圈铠甲(见图3),避免截齿齿体与被切割煤炭过早直接接触,保护截齿齿体免遭煤炭及岩层强烈磨损。
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