[发明专利]一种带堆焊镍基合金的盾构机滚刀刀圈及其制造方法

说明书

本发明公开了一种带堆焊镍基合金的盾构机滚刀刀圈，包括合金钢制成的刀圈基体(1)，在基体(1)的外缘刃口上，沿圆周均匀分布了多个厚度方向贯穿的槽，槽内堆焊填充镍基合金(2)，所述镍基合金(2)的成分(重量百分比)为：0.40‑0.70％C、10.5‑16.5％Cr、3.5‑4.5％Si、2.1‑3.5％B、≤5.0％Fe，≤0.15％Mn、≤0.15％Mo，其余为Ni和杂质元素。刀圈的制造方法是：1)机加工制成刀圈基体(1)，外缘刃口上均布开有槽，按常规工艺对刀圈基体(1)进行最终淬火+回火热处理；2)将刀圈基体(1)预热至≥150℃，在所述槽内堆焊填充镍基合金(2)，焊后缓冷或进行回温温度≥150℃的回火处理；3)机加工修整制成成品。该盾构机滚刀刀圈能显著提高使用寿命，且制造工艺简单，容易实现批量生产。

技术领域

本发明涉及盾构机技术领域，尤其涉及一种带堆焊镍基合金的盾构机滚刀刀圈及其制造方法。

背景技术

全断面岩石掘进机(Full Face Rock Tunnel Boring Machine，简称TBM)亦称盾构机，其集隧道施工的掘进、支护、出渣运输、通风除尘等功能于一身，与传统钻爆法相比，具有快速、优质、安全等特点。盾构机刀盘上的滚刀刀圈，是整套掘进设备中施工的关键部件和易损部件。在施工过程中，滚刀的工作条件极其恶劣，消耗量极大，频繁的换刀严重地影响了施工进度。为减少停机换刀次数，降低刀圈损耗，开发出更高性能的滚刀刀圈至关重要。

目前的滚刀刀圈一般采用整体合金钢制造，国际上滚刀刀圈主要以美国Robbins和德国Wirth为代表。R-obbins采用AISl4340钢，成分与国内40CrNiMo钢相近，具有较高韧性。 Wirth采用德国材料DINl7350中的X50CrVMo5—1钢号，是高硬度刀圈的代表。国内施工过程中需要的滚刀刀圈大量依靠进口来满足。国内常采用H13、4Cr5MoSiV1、40CrNiMo、5Cr5MoSiV、 9Cr2Mo等合金钢制造滚刀刀圈。近年来，通过成分优化、热处理工艺改进，整体滚刀刀圈的耐磨性有了改善，但其在使用中仍然磨损较快，耐磨性有待进一步提高。

中国专利申请号201620734964.3的专利文件公开了一种盾构机上用滚刀的刀圈，该实用新型包括刀圈本体，所述刀圈本体上设置有若干沿刀圈本体外径方向的径向孔，所述径向孔的一端设置有调节块，所述径向孔的另一端设置有固定环，所述径向孔内设置有合金块，所述合金块的一端滑动连接在调节块上，所述合金筷的另一端穿过固定环凸出于刀圈本体外侧表面，可增加滚刀的寿命。但该实用新型公开的刀圈，需打径向孔，为了保证刀圈强度径向孔不宜过密，使得增加的合金块数量较少，提高耐磨性的效果也有限。合金块与径向孔非冶金结合，在使用中有碎裂、掉落的风险，且公开的刀圈结构复杂，制造成本高，不适宜大批量生产推广。

中国专利申请号201620936968.X的专利文件公开了一种盾构机滚刀圈，滚刀圈体的外圆周上设置有环形凹槽，所述环形凹槽的一个侧壁上设置有通孔，另一个侧壁上设置有相对应的盲孔；所述环形凹槽内镶嵌有硬质合金块，所述硬质合金块上设置有与通孔相对应的安装孔；所述通孔内设置有连接螺栓，所述连接螺栓穿过通孔和安装孔插入盲孔内；采用本实用新型能够实现硬质合金块的快速拆装，能够有效提高盾构机刀具更换的效率。该使用新型外圈刃口上连续镶嵌有硬质合金块，硬度较高，但抗冲击性能差，合金块与镶槽之间非冶金结合，合金块在使用中也有碎裂、掉落的风险，且公开的刀圈结构复杂，制造成本高，也不适宜大批量生产推广。

若考虑在滚刀刀圈刃口上整圈堆焊硬质合金来提高耐磨性，则存在硬质合金可焊性差、焊接过程中容易产生裂纹、使用过程中容易开裂、剥落问题。

发明内容

为了提高现有整体合金钢滚刀刀圈的使用寿命，克服现有带耐磨合金块滚刀刀圈提高使用寿命的的效果有限、使用中有碎裂、掉落的风险，结构复杂，制造成本高的缺点。本发明提供了一种带堆焊镍基合金的盾构机滚刀刀圈及其制造方法，可以明显提高滚刀刀圈的使用寿命，堆焊镍基合金在使用中不会脱落，且制造工艺简单，容易实现批量生产。