CN104384648A - 一种钎焊煤截齿的快速制造方法 - Google Patents

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杨志波
赵波
刘爱菊
曹伟
焦锋
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P5/00—Setting gems or the like on metal parts, e.g. diamonds on tools
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/005—Soldering by means of radiant energy
    • B23K1/0056—Soldering by means of radiant energy soldering by means of beams, e.g. lasers, E.B.
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21C—MINING OR QUARRYING
    • E21C35/00—Details of, or accessories for, machines for slitting or completely freeing the mineral from the seam, not provided for in groups E21C25/00 - E21C33/00, E21C37/00 or E21C39/00
    • E21C35/18—Mining picks; Holders therefor
    • E21C35/183—Mining picks; Holders therefor with inserts or layers of wear-resisting material

Abstract

一种钎焊煤截齿的快速制造方法，属于高温钎焊煤矿采掘机械技术领域，可解决采煤机截齿使用寿命短的问题。本发明所需材料为钢质齿基体、铜基钎料和无镀膜金刚石，首先将加工好的钢质齿基体和无镀膜金刚石放入有机溶剂中进行超声波清洗，再依照钢质齿基体/铜基钎料/金刚石磨粒三层顺序制作待加工试样，然后将试样置入由CO2激光器、数控加工机床等组成高温钎焊设备上，在CO2激光作用下，铜基钎料受热快速熔化，与基体和金刚石发生化学冶金结合，从而将金刚石与基体牢固地连接在一起。本发明加工效率高，加工过程易于控制，适于自动化生产。并且煤截齿不易脱落，使用寿命长，对于降低采煤机截齿消耗量，提高采煤效率具有积极的意义。

Description

一种钎焊煤截齿的快速制造方法
技术领域
本发明属于采煤机械中的煤截齿高温钎焊技术领域，涉及一种煤截齿的高温钎焊快速制造方法。
背景技术
采煤机截齿是直接切割煤炭的关键零部件，是落煤及碎煤的主要工具，它的性能好坏直接影响采煤机生产能力的发挥及工作的稳定性。目前，截齿的一般制备方法是在经淬火、回火处理的低合金结构钢齿基体上镶嵌硬质合金齿头，或截齿前端表面涂覆耐磨层。经过实际调查，现在生产的采煤机截齿在采煤的过程中常常发生齿头破损、脱落、甚至沿着截齿颈断裂等问题，使截齿寿命大大缩短，造成采煤效率低，采煤成本高，同时造成硬质合金和钢质基材等原材料巨大浪费。
金刚石（Diamond）是碳（C）的单质，其晶体结构属等轴面心立方晶系，独特的晶体结构使金刚石具有自然界物质中最高的硬度、刚性以及优良的抗磨损、抗腐蚀性和化学稳定性。金刚石优异的物理机械特性决定了它是制作加工工具的理想原材料，广泛应用于硬质合金、工程陶瓷、光学玻璃、半导体材料、花岗岩等硬脆材料的钻头、锯切工具、各式各样的磨削工具及其它重要的超硬耐磨表面。
激光具有能量密度高、升降温速度快的特点，可以局部加热，热影响区小，可钎焊几何形状复杂的工件，并且激光束可用光纤传输，因此可在常规方式不易钎焊的部位进行加工，灵活性好，同时金刚石在高温环境下暴露的时间很短，这就有效的控制了金刚石的石墨化。激光钎焊过程能够通过软件实行自动化流程的智能控制，因此采用激光作为热源在煤截齿表面钎焊金刚石磨粒可以实现高效的自动化、智能化生产，并能显著提高采煤机截齿使用性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钎焊煤截齿快速制造方法，该截齿耐磨性能好，不易脱落，使用寿命长。以解决目前煤截齿在使用过程中存在的问题。
本发明的技术方案是：该煤截齿由钢质基体和金刚石磨粒钎焊而成，将加工好的截齿钢基体和无镀膜金刚石放入有机溶剂中进行超声波清洗，再依照钢质基体/铜基钎料/金刚石磨粒三层顺序制作待加工试样，然后将试样置入由CO2激光器、数控加工机床等组成的钎焊设备上，在CO2激光作用下，铜基钎料受热熔化，与基体和金刚石发生化学冶金结合，实现钢质基体和金刚石磨粒的刚强度连接。
激光器的功率调整为400-550W，激光扫描速度为15-20mm/min，激光光斑面积为10-15mm2。最佳的激光钎焊金刚石磨粒的参数为：激光器的功率480W，扫描速度18mm/min，激光光斑面积为12mm2。铜基钎料与钢质基体中的元素在结合处相互扩散形成化学冶金结合；铜基钎料中的Ti元素在金刚石界面富集，并与金刚石中的C元素反应生成TiC。
附图说明
   图1 是本发明的剖面结构示意图
图中1金刚石，2铜基钎料，3钢基体。
具体实施方式
实施例：一种钎焊煤截齿的快速制造方法，该煤截齿由金刚石磨粒、铜基钎料和钢基体构成，将钢基体和金刚石磨粒分别放入有机溶剂中进行超声波清洗，钎焊前，依照钢基体/铜基钎料/金刚石磨粒三层顺序，将40/50目无镀膜金刚石和铜基钎料预涂敷在钢基体表面，经烘干后，放置在CO2激光器上进行激光钎焊。
激光钎焊工艺参数：激光波长10.6                                                ，多模矩形光斑，面积12mm2，激光功率480W，扫描速度18mm/min。经理化分析后发现：激光钎焊后钎料层铺展均匀， 铜基钎料对金刚石磨粒表现出良好的浸润性，钎焊后金刚石磨粒的晶形完整，棱角分明，无裂纹。
将焊后的金刚石磨粒，在强酸中浸蚀若干小时，通过SEM观察界面生成物形态。可以清楚地看到在金刚石表面上贴面生长着较为规则的扁条状生成物。经X射线衍射物相分析，可见在金刚石表面TiC有生成，对铜基钎料与钢基体界面的元素分布进行分析， Cu、Sn、Ti元素在界面处的浓度梯度均呈现缓慢的过渡趋势，这说明铜基钎料与钢基体在界面处存在着明显的扩散现象，由此可以认为铜基合金钎料与钢基体之间形成了化学冶金结合。
将钎焊后的截齿在采煤机上进行重负荷作业试验，结果表明金刚石磨粒为正常磨损，没有整颗金刚石脱落，说明钢基体对金刚石磨粒的把持强度很高。因此，本具体实施方式具有耐磨性好、截齿不易脱落、使用寿命长等特点，对于降低采煤机截齿消耗量，提高效率和增加采煤生产的综合经济效益都有积极意义。

Claims (3)

1.一种钎焊煤截齿的快速制造方法，其特征在于，所述的截齿的结构由刚质齿基体（3）、铜基钎料层（2）和金刚石磨料（1）组成。
2.将加工好的钢质齿基体和无镀膜金刚石放入有机溶剂中进行超声波清洗，再依照钢质齿基体/铜基钎料/金刚石磨粒三层顺序制作待加工试样，然后将试样置入由CO2激光器、数控加工机床等组成的高温钎焊设备上，在CO2激光作用下，铜基钎料快速受热熔化，与钢质基体和金刚石磨粒发生化学冶金结合，金刚石磨粒（1）通过铜基钎料（2）的连接作用，与截齿钢质基体焊为一体。
3.按权利要求1、2所述的钎焊煤截齿的快速制造方法，其特征在于，CO2激光器的功率调整为400-550W，激光扫描速度为15-20mm/min，激光光斑面积为10-15mm2。
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