CN102839372A - 一种耐磨及防火花截齿的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种耐磨及防火花截齿的制造方法，解决现有截齿使用寿命不长及作业时产生火花的问题，本方法包含：选用没有熔覆耐磨层的截齿作为毛坯；对毛坯进行打磨、清洁处理；对清洁后的毛坯进行激光粉末熔覆处理，成激光粉末熔覆截齿，采用的合金粉末配方中包含镍、铬、碳化钨、硅、硼、铁、碳，其中碳化钨的成份为43-47%；检验激光粉末熔覆截齿的熔覆质量，熔覆部位全部没有缺陷的截齿为合格的成品耐磨及防火花截齿；对成品耐磨及防火花截齿进行包装。上述合金粉末熔覆层具有耐磨及防火花功能，激光熔覆的热影响区域小，因此用本发明的方法制成的截齿不仅耐磨性好，韧性也好，而且防火花，截齿具有使用寿命长及作业安全的效果，特别适用于采煤作业。

Description

一种耐磨及防火花截齿的制造方法

技术领域

本发明涉及截齿制造方法，尤其是指一种耐磨及防火花截齿的制造方法。

背景技术

截齿是旋挖钻机上用的旋挖头子，俗称旋挖子弹头，用于旋挖风化地层或是岩层、卵石层。截齿包括掘进机截齿和采煤机截齿，均属日常消耗件。

在煤矿采煤作业中，采煤机截齿不仅工作环境恶劣，而且还要承受冲击载荷和剪切应力。因此，截齿基材的选择应该既能达到一定的渗层厚度和较好的综合力学性能，又能有较好的强度和韧性。

截齿在高冲击、高应力状态下工作，其受力条件较为复杂，概括起来有受间歇冲击载荷、突发性过载冲击载荷，激热-激冷的热疲劳载荷，以及磨粒磨损、腐蚀和冲击磨损，因此，要求截齿有高耐磨性的表面和整体的强、韧、塑合理配合。

目前，制造截齿基体的材料大多数是采用42CrMo，该材料的韧性好，但现有截齿还存在耐磨性差及作业不防火花的问题，影响了使用寿命及作业安全。

由于截齿的头部常常要受到大力的撞击，因此传统的截齿都是在基体头部顶端焊接一块硬质合金头，硬质合金头一般选用YG8-YG14之间的材质，焊接多为手工铜钎焊。为克服传统截齿耐磨性差的缺点，出现了在硬质合金头的外面设有耐磨层的截齿，目前的截齿耐磨层大多数采用堆焊耐磨层和等离子熔覆耐磨层，其由以下缺陷；

1，无论是堆焊耐磨层或是等离子熔覆耐磨层，都无法解决热传导的问题，这是工艺特点决定的。堆焊和等离子熔覆的热传导都很严重，实施这些工艺时，整个截齿都是处于发烫的状态（严重的达到1000℃左右，烧红的状态——奥氏体），这种状态下截齿芯部的韧性遭到了破坏，使截齿变得很不耐冲击。也就是说，堆焊了耐磨层，解决了耐磨的问题，却带来了新的问题——截齿韧性下降。

2，没有解决截齿作业时产生火花的问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的问题，提供一种不仅耐磨性好、韧性也好，而且能够防火花的耐磨及防火花截齿的制造方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种耐磨及防火花截齿的制造方法，包含以下步骤：

S1，选用产品毛坯，选用没有熔覆耐磨层的截齿作为产品毛坯，其基体头部焊接一块硬质合金头；

S2，对毛坯进行打磨、清洁处理；

S3，对打磨清洁后的毛坯进行激光粉末熔覆处理，将打磨清洁后的毛坯安装在激光热处理成套设备的机床工作台卡盘上，启动激光热处理成套设备，用其中的激光器产生的激光将其中送粉器中的合金粉末熔覆在所述基体头部，制成激光粉末熔覆截齿；

所述合金粉末配方和参数：

合金粉末配方（%）：

成分

C

Si

B

Fe

Cr

WC

Ni

含量

0.1-0.2

1.8-2.0

0.8-1.0

1.2-1.5

4.0-4.5

43-47

余量

粉末粒度：45-150微米；

熔覆层硬度：HRC62-65；

S4，检验激光粉末熔覆截齿的熔覆质量，人工观察激光粉末熔覆截齿的熔覆部位是否存在缺陷，如果存在缺陷，就剔除，不存在缺陷的截齿为成品耐磨及防火花截齿，关闭激光热处理成套设备，卸下AFSP截齿并自然冷却。

S5，对成品耐磨及防火花截齿进行包装。

所述步骤S1中，选用的产品毛坯其基体采用42CrMo材料，其硬质合金头选用YG8-YG14之间的材质。

所述步骤S2中，对毛坯打磨、清洁处理是指用砂纸、打磨机将毛坯基体头部的油漆磨掉，将基体头部与硬质合金头焊接处残留的铜打磨干净，并用酒精擦干净基体头部的外表面。

所述步骤S3中，合金粉末熔覆在所述基体头部的熔覆面积为从基体头部与硬质合金头的焊接处为顶端起25-35mm长度的基体头部面积。

所述步骤S3中，合金粉末熔覆在所述基体头部的熔覆层厚度为1-1.5mm。

所述步骤S3中，激光器的运行功率为3.5-4.5KW。

所述步骤S3中，机床工作台卡盘转速调整在使毛坯旋转时的线速度为450-550mm/分钟。

所述步骤S3中，对送粉器中合金粉末的质量进行检验，检验过程如下：每个批次的合金粉末在对第一个毛坯的基体头部进行熔覆之后，用探伤剂检测该熔覆层是否有裂纹；如果有裂纹，需重新配置合金粉末；如果没裂纹，用砂轮打磨该熔覆层，检查是否产生火花；如果产生火花，需重新配置合金粉末；如果没产生火花，该批次的合金粉末继续对其它需熔覆的毛坯依次进行熔覆作业。

所述步骤S3中的缺陷是指熔覆层出现裂纹或空洞或漏熔覆的瑕疵。

本发明的有益效果：

用本发明的方法制成的耐磨及防火花截齿解决了现有截齿的两大问题：

一是解决了使用寿命不长的问题。现有截齿耐磨性不够，本发明的截齿比传统截齿的耐磨性明显提升，此外，在提升耐磨性的同时，也不会导致韧性下降，因本发明采用激光粉末熔覆，激光作用的特点是热影响区域小，只在截齿表面热传导，芯部韧性基本不受影响，因此，本发明的截齿使用寿命长，比现有截齿提高3-5倍。

二是解决了现有截齿撞击硬煤层或者岩石层时有火花出现的问题。目前采煤作业时，要在采煤机转盘部位喷水，以防止截齿撞击出的火花导致瓦斯爆炸，而本发明的截齿在熔覆的粉末中由于添加了合适比例的碳化钨，使截齿作业时不产生火花，杜绝安全隐患，这一效果在煤矿中显得特别重要。

因此，用本发明的方法制成的截齿不仅耐磨性好、韧性也好，而且防火花，因此具有使用寿命长及作业安全的效果，特别适用于采煤作业。

为进一步说明本发明的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细说明。

附图说明

图1为本发明耐磨及防火花截齿的制造方法流程图。

具体实施方式

下面结合实施例的附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

为了表述方便，下文中将本发明的耐磨及防火花截齿命名为“AFSP截齿”（AFSP:Anti-Friction&Spark-Proof，即，耐磨+防火花）。

参见图1，本发明AFSP截齿的制造方法包含如下步骤：

S1，选用产品毛坯，将现有截齿（没有熔覆耐磨层的截齿）作为本发明的产品毛坯（该现有截齿对传统产品来说是成品，对本发明的AFSP截齿而言是产品毛坯），本发明选用的现有截齿的基体采用42CrMo材料，基体头部顶端焊接一块硬质合金头，硬质合金头选用YG8-YG14之间的材质。

S2，对毛坯进行打磨、清洁处理，用砂纸、打磨机将毛坯基体头部的油漆磨掉，将基体头部与硬质合金头焊接处残留的铜（铜钎焊硬质合金时遗留下的铜）打磨干净，并用脱脂棉或干净的棉质抹布蘸适量酒精，擦干净基体头部的外表面。

S3，对打磨清洁后的毛坯进行激光粉末熔覆处理，将打磨清洁后的毛坯安装在激光热处理成套设备（是现有设备）的机床工作台卡盘上，启动激光热处理成套设备，用其中激光器产生的激光将其中送粉器中的合金粉末熔覆在基体头部，制成激光粉末熔覆截齿。熔覆所覆盖的面积为从基体头部与硬质合金头的焊接处为顶端起25-35mm长度的基体头部面积；熔覆层的厚度在1-1.5mm。毛坯熔覆前无需预热。

上述激光器最大功率为5KW，本发明采用的运行功率为3.5-4.5KW（本发明使用的激光热处理成套设备中的激光器是CO₂激光器，其波长都是10.6μm）；机床工作台卡盘转速调整在使毛坯旋转时的线速度为450-550mm/分钟。

上述所用合金粉末配方和参数：

合金粉末配方（%）：

成分

C

Si

B

Fe

Cr

WC

Ni

含量

0.1-0.2

1.8-2.0

0.8-1.0

1.2-1.5

4.0-4.5

43-47

余量

粉末粒度：45-150微米；

熔覆层硬度：HRC62-65。

上述粉末中碳化钨（WC）采用43-47%时，熔覆层具有防火花的作用。

在该步骤中，对送粉器中合金粉末本身的质量需进行检验，检验过程如下：每个批次的合金粉末在对第一个毛坯的基体头部进行熔覆之后，用探伤剂检测该熔覆层是否有裂纹；如果有裂纹，需重新配置合金粉末；如果没裂纹，用砂轮打磨该熔覆层，检查是否产生火花；如果产生火花，需重新配置合金粉末；如果没产生火花，该批次的合金粉末继续对其它需熔覆的毛坯依次进行熔覆作业。

S4，检验激光粉末熔覆截齿的熔覆质量，人工观察激光粉末熔覆截齿的熔覆部位是否存在缺陷（包括熔覆层出现裂纹、空洞、漏熔覆等明显的瑕疵），如果存在缺陷，就剔除，通过检验，熔覆部位不存在缺陷的截齿为合格的成品AFSP截齿，此时，关闭激光热处理成套设备，卸下AFSP截齿，接着生产下一个AFSP截齿。

制成的AFSP截齿无需冷却介质，靠自然冷却。

S5，对成品AFSP截齿进行包装，主要为小木箱包装，适于汽车装卸和运输。

现有的堆焊、等离子熔覆选用的焊条或合金粉末是有一定难度的，众所周知，要想增加截齿的耐磨性，所配置的合金粉末中，主要起到耐磨作用的镍（Ni）、铬（Cr）、碳化钨（WC）这些元素是免不了的，但是，这些硬度很高的元素在堆焊或熔覆过程中是很容易开裂的，而本发明的激光粉末熔覆中所选取的合金粉末还包含硅（Si）、硼（B）、铁（Fe）、碳（C），并通过恰当的材料配比，熔覆之前无需预热，熔覆完成之后无需保温，即可达到熔覆层不开裂而耐磨的效果。

本发明的合金粉末中加入了比例恰当的碳化钨（WC），使截齿在磨擦、撞击时不会产生火花。

本发明采用了激光粉末熔覆工艺技术，激光作用的特点是热影响区域小，只在截齿表面热传导，芯部韧性基本不受影响，使熔覆之后的截齿基体的韧性不遭到破坏，这是堆焊熔覆及等离子熔覆所无法实现的。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的目的，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求的范围内。

Claims (9)

1.一种耐磨及防火花截齿的制造方法，其特征在于包含以下步骤：

S1，选用产品毛坯，选用没有熔覆耐磨层的截齿作为产品毛坯，其基体头部焊接一块硬质合金头；

S2，对毛坯进行打磨、清洁处理；

S3，对打磨清洁后的毛坯进行激光粉末熔覆处理，将打磨清洁后的毛坯安装在激光热处理成套设备的机床工作台卡盘上，启动激光热处理成套设备，用其中的激光器产生的激光将其中送粉器中的合金粉末熔覆在所述基体头部，制成激光粉末熔覆截齿；

所述合金粉末配方和参数：

合金粉末配方（%）：

  成分   C   Si   B   Fe   Cr   WC   Ni   含量   0.1-0.2   1.8-2.0   0.8-1.0   1.2-1.5   4.0-4.5   43-47   余量

粉末粒度：45-150微米；

熔覆层硬度：HRC62-65；

S4，检验激光粉末熔覆截齿的熔覆质量，人工观察激光粉末熔覆截齿的熔覆部位是否存在缺陷，如果存在缺陷，就剔除，不存在缺陷的截齿为成品耐磨及防火花截齿，关闭激光热处理成套设备，卸下AFSP截齿并自然冷却。

S5，对成品耐磨及防火花截齿进行包装。

2.如权利要求1所述的耐磨及防火花截齿的制造方法，其特征在于：

所述步骤S1中，选用的产品毛坯其基体采用42CrMo材料，其硬质合金头选用YG8-YG14之间的材质。

3.如权利要求1所述的耐磨及防火花截齿的制造方法，其特征在于：

所述步骤S2中，对毛坯打磨、清洁处理是指用砂纸、打磨机将毛坯基体头部的油漆磨掉，将基体头部与硬质合金头焊接处残留的铜打磨干净，并用酒精擦干净基体头部的外表面。

4.如权利要求1所述的耐磨及防火花截齿的制造方法，其特征在于：

所述步骤S3中，合金粉末熔覆在所述基体头部的熔覆面积为从基体头部与硬质合金头的焊接处为顶端起25-35mm长度的基体头部面积。

5.如权利要求1或4所述的耐磨及防火花截齿的制造方法，其特征在于：

所述步骤S3中，合金粉末熔覆在所述基体头部的熔覆层厚度为1-1.5mm。

6.如权利要求1所述的耐磨及防火花截齿的制造方法，其特征在于：

所述步骤S3中，激光器的运行功率为3.5-4.5KW。

7.如权利要求1所述的耐磨及防火花截齿的制造方法，其特征在于：

所述步骤S3中，机床工作台卡盘转速调整在使毛坯旋转时的线速度为450-550mm/分钟。

8.如权利要求1所述的耐磨及防火花截齿的制造方法，其特征在于：

所述步骤S3中，对送粉器中合金粉末的质量进行检验，检验过程如下：每个批次的合金粉末在对第一个毛坯的基体头部进行熔覆之后，用探伤剂检测该熔覆层是否有裂纹；如果有裂纹，需重新配置合金粉末；如果没裂纹，用砂轮打磨该熔覆层，检查是否产生火花；如果产生火花，需重新配置合金粉末；如果没产生火花，该批次的合金粉末继续对其它需熔覆的毛坯依次进行熔覆作业。

9.如权利要求1所述的耐磨及防火花截齿的制造方法，其特征在于：

所述步骤S3中的缺陷是指熔覆层出现裂纹或空洞或漏熔覆的瑕疵。

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