1、盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)耐磨焊絲的研究北京地區(qū)地層中含有大量的砂礫和卵石，地鐵盾構(gòu)施工時(shí)盾構(gòu)機(jī)刀具受到高應(yīng)力下的磨粒磨損和沖擊作用，損耗嚴(yán)重。進(jìn)口刀具僅能掘進(jìn)250米左右，這不僅增加了地鐵施工成本，影響了施工進(jìn)程，還增加了因刀具更換次數(shù)過(guò)多而帶來(lái)的塌方隱患。盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)耐磨焊絲在此過(guò)程中發(fā)揮著重要作用，北京固本科技從刀具的堆焊修復(fù)著手開(kāi)展了盾構(gòu)機(jī)刀具強(qiáng)化研究，開(kāi)發(fā)了碳化鎢復(fù)合堆焊藥芯焊絲。該系列焊絲所制堆焊層硬度在HRC51以上，堆焊時(shí)無(wú)需對(duì)刀體進(jìn)行預(yù)熱和焊后熱處理，堆焊層無(wú)裂紋。通過(guò)沖擊實(shí)驗(yàn)和磨粒磨損實(shí)驗(yàn)，考察了堆焊層的硬度、組織及其磨粒磨損性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明堆焊層具有優(yōu)異的耐磨耐沖擊性能。通過(guò)合理的堆焊層

2、設(shè)計(jì)，強(qiáng)化的盾構(gòu)機(jī)刀具達(dá)到掘進(jìn)780余米的使用壽命。  盾構(gòu)法是利用盾構(gòu)機(jī)在地面以下暗挖隧道的一種施工方法，具有安全高效、對(duì)地面干擾小等優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)前城市隧道建設(shè)的最佳選擇。2001年7月北京地鐵五號(hào)線盾構(gòu)試驗(yàn)段進(jìn)行始發(fā)掘進(jìn)，這是北京地區(qū)首次將盾構(gòu)施工法引入地鐵隧道建設(shè)。在北京市科委的大力資助下，通過(guò)對(duì)盾構(gòu)機(jī)刀具、刀盤(pán)的詳細(xì)失效分析，研發(fā)了刀具、刀盤(pán)修復(fù)專(zhuān)用系列堆焊焊絲和耐磨復(fù)合鋼板，有效解決了刀具刀盤(pán)的磨損問(wèn)題，大幅提高了刀具壽命。 1北京地區(qū)地質(zhì)特征及盾構(gòu)機(jī)刀具失效原因。 北京市地處永定河洪沖積扇的中上部1，地層中含有大量的砂卵石（見(jiàn)圖1），而且一般級(jí)

3、配良好，含砂率在25 40之間2，盾構(gòu)機(jī)在此地層中施工遠(yuǎn)比在砂性土層中施工困難。地鐵隧道施工時(shí)，盾構(gòu)機(jī)刀具受到強(qiáng)烈的沖擊和高應(yīng)力的磨粒磨損，這是造成刀具迅速失效的主要原因3。圖2為刀具的失效形貌圖，可見(jiàn)刀具的失效主要是刃口上鑲嵌的硬質(zhì)合金的脫落和折斷。刀具作為盾構(gòu)機(jī)的主要損耗件之一，全部依賴(lài)進(jìn)口，不但造價(jià)昂貴，運(yùn)輸耗時(shí)、耗資，對(duì)地鐵施工的進(jìn)程造成了很大的影響,而且頻繁更換刀具使得開(kāi)倉(cāng)次數(shù)增加，加大了塌方危險(xiǎn)發(fā)生的可能性。因此，開(kāi)展盾構(gòu)機(jī)刀具、刀盤(pán)的修復(fù)研究，顯得尤為必要。    1 北京地區(qū)地層渣土    

4、;               2盾構(gòu)機(jī)刀具失效形貌   圖3盾構(gòu)刀具不同失效部位的SEM分析表1 盾構(gòu)刀具磨損特性分類(lèi)表刀具部位 內(nèi)側(cè)本體 外側(cè)本體 外側(cè)球齒 刃口 磨損性質(zhì) 犁溝式磨粒磨損 犁溝磨損+碾壓磨損 犁溝磨損+塌陷 北京固本科技通過(guò)對(duì)進(jìn)口盾構(gòu)刀具在砂卵石地層的磨損特點(diǎn)分析，我們得出的結(jié)論是：盾構(gòu)刀具在砂卵石地層施工

5、中，主要的失效形式為：沖擊破壞、犁溝式磨粒磨損和碾壓磨損。由此，我們開(kāi)成功開(kāi)發(fā)了盾構(gòu)機(jī)刀具專(zhuān)用耐磨堆焊絲和耐磨復(fù)合鋼板。  2 藥芯焊絲及其性能 2.1 碳化鎢復(fù)合藥芯焊絲 KB999碳化鎢復(fù)合焊絲是針對(duì)盾構(gòu)機(jī)刀具修復(fù)開(kāi)發(fā)的一種堆焊藥芯焊絲，直徑為1.6mm，采用CO2氣體保護(hù)焊或者自保護(hù)焊（無(wú)需保護(hù)氣體）。該型號(hào)焊絲具有良好的焊接工藝性能，堆焊層焊態(tài)硬度可達(dá)64HRC，堆焊層裂紋傾向小，而且可以滿足盾構(gòu)機(jī)刀具現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)時(shí)苛刻的施焊要求：難以進(jìn)行焊前預(yù)熱和焊后熱處理、施焊空間狹小、通風(fēng)條件差等。堆焊試樣所用的試板為Q235鋼板，尺寸為1

6、00×200×10mm，堆焊層數(shù)為三層，層間溫度控制在150以下。 2.2 藥芯焊絲熔敷金屬的組織 由盾構(gòu)機(jī)刀具的工況可知，刀具既要具備較高的硬度以抵御高應(yīng)力的磨粒磨損，又要有足夠的韌性來(lái)吸收砂卵石的沖擊。所以選擇Fe-Cr-Ni-Nb- Mo等元素組成的合金系設(shè)計(jì)了KB999系列堆焊藥芯焊絲。堆焊層沖擊前后的組織見(jiàn)圖3。可見(jiàn)堆焊層為斷續(xù)網(wǎng)狀的奧氏體（白色）與低碳馬氏體（細(xì)針狀）的混合組織，沖擊后堆焊層的組織得到一定的細(xì)化，馬氏體組織明顯增加。   4  3.5Kg鉛球1m自由落體沖擊10次前的組織 隨著沖擊次數(shù)的增加，堆焊層