盾构刀具堆焊层设计与性能研究

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1、捅要摘要北京地区地层中含有大量的砂砾和卵石，地铁盾构施工时，盾构机刀具受到砂砾、卵石的冲击和高应力磨粒磨损，进口盾构机刀具的挖掘长度仅为250米左右。由此造成的刀具更换次数的提高增加了隧道塌方隐患，而且刀具的进口耗资耗时，严重影响了地铁隧道施工的进程。基于北京地区盾构机刀具的失效分析，本文从盾构机周边刀的修复着手，明确了盾构机刀具耐蘑、耐冲击的性能要求，进行了刀具的堆焊层设计和性能研究，完成了盾构机刀具国产化的关键工作。盾构机刀具的堆焊修复条件苛刻：施焊空间狭隘，通气条件差，无法对刀体进行焊前预热和焊后热处理。本文对盾构机刀具修复用药

2、芯焊丝进行了系统的开发研究，通过一系列配方调整和工艺性能实验，研制出了可用于盾构机刀具修复及制造的气保护堆焊药芯焊丝DG7和自保护堆焊药芯焊丝SDG7。上述两种药芯焊丝焊接工艺性能良好，满足刀具修复及制造的施焊条件和刀具的性能要求。所制堆焊层组织为低碳板条状马氏体和断续的网状奥氏体，堆焊层硬度在HRC51以上，具有一定的韧性和冲击强化性能，堆焊层冲击后的硬度可达HRC55～60。堆焊层在MLS．225型湿式橡胶轮磨粒磨损机和MLD．10型动载磨粒磨损机上均表现出良好的耐磨粒磨损性能。在盾构机刀具堆焊层设计方面，本文从周边刀的修复研究入

3、手，根据周边刀的具体部位的磨损特征，对周边刀刃口、侧面和迎土面(工作面)进行了堆焊强化处理；根据齿刀的失效特征，对其正面、背面和侧面进行了堆焊强化。此外，根据盾构刀盘的失效早于强化后刀具失效的状况，对刀盘进行了耐磨复合钢板强化设计，最终实现了盾构机刀具的整体强化。在2007年2月结束的北京市地铁十号线第十一标段农展馆至亮马桥的施工中，研制的盾构机刀具一次挖掘长度达780余米，大大超过了进口刀具的使用寿命，而其制造成本仅为进口刀具的75％，研制的国产盾构机刀具具有巨大的经济效益和社会效益。关键词盾构机刀具；药芯焊丝；堆焊；冲击强化；磨粒

4、磨损ABSTRACTThereareplentyof鲥tsandscreesinstratumofB啕hagaffea．ShieldmachinecuttersuffersfromhighS仃esSgrain—abrasionandimpactwhenitconstructssubwaybyshieldmethod，Theimportcurer’sdfivmglengthisjustabout250meters，Cut￡erchan94ngtimeincreasecausedbyecurer’Sshortdrivinglengthin

5、ducesmorehiddentroublesoftunnelcollapse．Inaddition,cutters’importneedsmorecostandtimewhichdelaysthescheduleofsubwayconstmctionbadly．BasedOlitheshieldmachinecutter’Sfailureanalyses，andlaunchedonshieldmachinecircumambientcutter’Srepairing,theanti—abrasionandanti-impactcap

6、abilityofshieldmachinecutterwasrealized．Designandcapabilitystudyonhardfacinglayerofcutterweredone．andthemainhomemadeworkofshieldmachinecutterwasdone．Theconditionofrepairingshieldmachinecutterisrigorousbecauseofnarrowhardfacingspace，badventilationandunabletopreheatingand

7、postheatingtocurerbody．Systemicresearchondevelopinghardfkingflux—cordwire(FCW)used0nrepairingshieldmachinecutterWasdone．GasshieldhardfacingFCWnamedDG7andself-shieldFCWnamedSDG7whichcouldbeusedOnrepairingandmanufacturingshieldmachinecutterweredevelopedthroughaseriesofcom

8、ponentsadjustingandprocessingpropertytestingofFCW．Theweldingprocessingpropertyandthehardfacinglayer’scapabilit