董曼淑 DONG Man-shu；彭春濤 PENG Chun-tao；陳兵 CHEN Bing；趙一鳴 ZHAO Yi-ming

（寧夏天地奔牛實業(yè)集團(tuán)有限公司，石嘴山 753001）

1 研究意義

煤礦綜采工作面的“三機(jī)”是指采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)及液壓支架。三機(jī)配套是整套綜采設(shè)備的核心，采煤機(jī)和刮板輸送機(jī)的生產(chǎn)能力應(yīng)滿足工作面產(chǎn)量要求，采煤機(jī)和液壓支架調(diào)高范圍要適應(yīng)煤層厚度及變化范圍，液壓支架移架速度要跟得上采煤機(jī)的牽引速度。采煤機(jī)要依靠刮板輸送機(jī)導(dǎo)向并在其上移動，刮板輸送機(jī)依靠液壓支架推移，液壓支架又靠刮板輸送機(jī)支承而移動。因此，為了實現(xiàn)綜采工作面最大生產(chǎn)力和安全生產(chǎn)，采煤機(jī)，刮板輸送機(jī)和液壓支架之間在性能、結(jié)構(gòu)、采面空間要求以及“三機(jī)”相互聯(lián)接形式，強(qiáng)度和尺寸等方面，必須相互適應(yīng)和匹配。

破碎機(jī)是刮板輸送機(jī)裝備的關(guān)鍵部件（刮板輸送機(jī)即輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)和破碎機(jī)），由于刮板輸送機(jī)在運行過程中受力復(fù)雜、條件惡劣容易造成設(shè)備損壞或斷裂，因此刮板輸送機(jī)性能的可靠性是進(jìn)行高效作業(yè)的根本保證。

我公司生產(chǎn)的破碎機(jī)屬于錘式破碎機(jī)，適用于破碎煤、煤矸石等物料，具有結(jié)構(gòu)緊湊、布局合理、安裝方便、可維修性好，操作簡便，并具有對物料破碎的“大破比”等特點。破碎刀齒主要用于破碎礦物原料，是破碎機(jī)的核心部件，破碎刀齒在破碎機(jī)內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)運行，與礦物原料之間反復(fù)碰撞沖擊摩擦過程中，使破碎刀齒頭部被逐步磨損變小而失效報廢，由于破碎刀齒的使用壽命長短直接影響物料的破碎質(zhì)量和生產(chǎn)效率及成本[1]。破碎刀齒要求同時具有耐磨性和抗沖擊剝落性能，還要考慮性價比問題。通常硬度高的材料都比較脆，在大的沖擊下容易破碎[2-3]。公司當(dāng)前選用的特制含Cr合金堆焊焊絲，雖然焊接表面無龜裂，硬度能達(dá)到HRC58～62，但礦方使用后反饋仍然存在不耐磨壽命短的問題。因此目前迫切需要研制高耐磨高韌性的破碎刀齒，提高破碎刀齒使用壽命，滿足用戶需求。

2 國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展趨勢與現(xiàn)狀

堆焊是在工件的表面或邊緣進(jìn)行熔敷一層耐磨、耐蝕、耐熱等性能金屬層的焊接工藝。堆焊對提高零件的使用壽命，合理使用材料，提高產(chǎn)品性能，降低成本有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。不同的工件采用不同的堆焊工藝，才能獲得滿意的堆焊效果。對于堆焊焊材目前國外除了高Cr焊絲適合刀齒焊接的焊絲大致分為兩類，一種是價格非常高的無Cr型焊絲，硬度在HRC65以上，耐磨性非常高，抗沖擊也好。另外就是Cr-Mo型焊絲，這種焊絲關(guān)鍵是合金含量的配比，硬度在HRC57以上，耐磨性不如第一種焊絲。國內(nèi)目前也有生產(chǎn)無Cr型焊絲、Cr-Mo型兩類同等合金堆焊焊絲，相對價格較低，在不同行業(yè)也有局部應(yīng)用。

3 破碎刀齒結(jié)構(gòu)性能及方案設(shè)計

破碎刀齒整體鍛造后加工而成，是易損件也是破碎煤炭時承受大沖擊力的零件，和刀齒座用特制的緊固螺栓和螺母緊定，刀齒螺栓與螺母用防松墊片卡住。當(dāng)?shù)洱X磨損到極限狀況或已出現(xiàn)裂紋是，必須及時更換，否則將使刀齒座上安裝刀體的部分受損，以至再也無法將刀體緊固在刀齒座上。缺少刀體的破碎軸將失去平衡，由此而產(chǎn)生的強(qiáng)烈振動會急劇地縮短破碎軸的壽命。為了提高其耐磨性延長其使用壽命，在刀齒端頭鍛造時留有一定深度的凹槽，研究通過采用無Cr耐磨焊絲進(jìn)行耐磨層的焊接。

4 試驗過程

4.1 試驗件準(zhǔn)備

鍛造成型的破碎刀齒6件。

4.2 試驗設(shè)備及焊材

①試驗設(shè)備：松下500型氣體保護(hù)焊機(jī)。

②焊材選型：無Cr型HF-680焊絲（Φ1.2）。

③保護(hù)氣體：富氬混合氣體82%Ar+18%CO2。

4.3 焊接參數(shù)要求

①溫度控制：

預(yù)熱溫度：（200±10）℃；

層間溫度：（100～300）℃。

②焊接參數(shù)：

焊接電流：（170～270）A；

焊接電壓（22-28）V；

焊絲干延長度（18-20）mm；

氣體流量（20-25）L/min。

4.4 焊接過程

4.4.1 不同焊接參數(shù)組別的焊接成型試驗

鍛造的破碎刀齒加工后，先進(jìn)行焊前整體預(yù)熱，預(yù)熱爐爐溫設(shè)置240℃加熱2小時，出爐后測溫，達(dá)到要求的（200±10）℃溫度后按不同組別進(jìn)行焊接，焊后及時放入爐內(nèi)進(jìn)行后熱，爐溫設(shè)置200℃保溫2小時，然后取出待溫度降到室溫，在表面打硬度并觀察裂紋和飛濺情況。

具體實施過程如下：

①采用第一組焊接參數(shù)（焊接電流260A±10A、電壓28V）進(jìn)行焊接。焊接后發(fā)現(xiàn)焊層表面有明顯裂紋如圖1，裂紋較多且飛濺較大如圖2所示。

圖1 表面裂紋

圖2 周邊飛濺

②采用第二組焊接參數(shù)（焊接電流220A±10A，電壓24V）進(jìn)行焊接，焊接過程穩(wěn)定，表面外觀質(zhì)量如圖3，表面有少量裂紋，但打磨后發(fā)現(xiàn)多處裂紋，見圖4。

圖3 表面微量裂紋

圖4 打磨后多處裂紋

③采用第三組焊接參數(shù)（焊接電流180A±10A，電壓23V）進(jìn)行焊接，表面質(zhì)量如圖5、圖6所示，可視仍然較多微裂紋且飛濺顆粒較大。

圖5 表面裂紋

圖6 周邊飛濺

④試驗結(jié)果：見表1。

表1 試驗參數(shù)及裂紋情況

4.4.2 不同焊接方法組別的焊接硬度試驗

采用2#焊接參數(shù)進(jìn)行連續(xù)焊、控溫焊接，表面硬度測試結(jié)果見表2。

表2 試驗參數(shù)及裂紋情況

4.4.3 磨損試驗

①試驗件準(zhǔn)備：

試樣材料：控制溫度焊接的耐磨塊；

試樣尺寸：75mm×25.5mm×11mm。

②試驗設(shè)備：MLS--225型濕砂橡膠輪式磨損試驗機(jī)。

③試驗條件：

試驗力：70N；

砂漿比例：水:砂=1:1.5；

橡膠輪轉(zhuǎn)速：180r/min；

橡膠輪直徑：178mm；

電子天平：高精密電子天平（萬分之一天平），精度0.0001g。

④試驗過程。

將進(jìn)行線切割取樣的控制溫度焊接的耐磨塊作為定試樣與橡膠材料動試樣相接觸，并承受70N的試驗力，經(jīng)180r/min低轉(zhuǎn)速后，對3組6個試樣分別進(jìn)行2h、3h、4h的對磨，最后用稱重法測定定試樣的質(zhì)量磨損，以評定材料的耐磨性。（圖7、表3）

表3 定試樣的質(zhì)量磨損數(shù)據(jù)

圖7 磨損后的定試樣

4.5 試驗結(jié)果

①通過不同焊接參數(shù)組別的焊接成型試驗，得出2#參數(shù)焊接成型較好。②通過不同焊接方法組別的焊接硬度試驗，得出控制溫度焊接后表面硬度較高。③通過磨損試驗，得出控制溫度焊接后耐磨性較好。

5 現(xiàn)場驗證

依據(jù)以上試驗參數(shù)及試驗結(jié)果，選取典型的破碎刀齒進(jìn)行了試生產(chǎn)，并選擇了礦井含矸石較高的用戶，進(jìn)行了工業(yè)性試驗，最終解決了刀齒不耐磨問題，延長了設(shè)備的使用壽命。（見圖8、圖9）

圖8 試生產(chǎn)的破碎錘頭

圖9 工業(yè)性試驗現(xiàn)場

6 結(jié)語

①通過不同焊接參數(shù)組別的焊接成型試驗，說明預(yù)熱溫度一定時，焊接參數(shù)在220A時，焊接成型較好，飛濺較小。②通過不同焊接方法組別的焊接硬度試驗，說明連續(xù)焊接導(dǎo)致后一道的焊縫溫度較高有降低表面硬度的可能性，焊道越多對表面硬度影響越大；而每道焊縫焊接完成后進(jìn)行自然冷卻溫度達(dá)到一定范圍后，再進(jìn)行后一道焊縫，可有效保證或提高表面硬度。③通過磨損試驗，得出控制溫度焊接后的耐磨塊，開始磨損時磨損量較大，但隨著時間的增加磨損量會逐漸減緩磨損量，說明耐磨塊的耐磨性較好。