【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及盾构滚刀，具体涉及一种激光熔覆再制造盾构滚刀刀圈及再造方法。
技术介绍
1、盾构机是隧道挖掘的主要装备，主要依靠滚刀执行破岩挖掘的任务，而其中的滚刀刀圈是数量最多、消耗最大的关键零件。刀圈由于承受着来自刀盘的巨大推力，一般情况下，每把250kn，扭矩5800kn·m，破岩时产生的冲击、与岩石的磨损和局部温度超过600℃高温的极端环境导致正常磨损、偏磨、断裂、剥落、变形等失效形式。而多数失效的刀圈是因为正常磨损而更换的，此时刀圈的大部分结构依然完整，具有再制造的价值。
2、目前失效刀圈的再利用率低。由于刀圈特殊的几何形状和材料，在前期的再制造研究中发现，直接对刀圈的整个工作表面进行多层增材制造会造成巨大的热应力而导致增材制造涂层出现裂纹和剥离，并且造成刀圈的热影响区一带开裂。
3、行业内现在使用的滚刀刀圈再制造方法均有不足。如，wc混合粉末的3d打印刀圈在线再制造工艺存在以下不足：wc与3d打印合金粉末的熔点和热膨胀系数相差过大，且wc含量高，wc颗粒与3d打印合金之间必定会出现裂纹。又如，采用保温棉包覆方式降低再制造刀圈刃部冷却速度的方法只能在熔覆或者堆焊操作完成后实施，因而在熔覆或者堆焊的最开始的一段时间内，由于刀圈刃部没有受到热源的预热，因此最开始熔覆或者堆焊的部位的温度梯度和冷却速率较大，依然可能出现裂纹。又如，通过调整v、ni、w、nb、ce元素含量堆焊外缘侧板环面并焊接耐磨钢圈补强倒角的盾构机刀具再制造方法，加入的稀土元素nb，v，ce元素也较多，成本略高；焊接钢圈会额外施加机械应
4、开发一种性能不亚于新品刀圈的再制造刀圈，提高刀圈的利用率，降低施工过程中的消耗，对扩展刀圈的再制造途径具有重要意义。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是：现有的盾构滚刀失效刀圈的修复是采用表面修复，容易出现裂纹，使得失效刀圈的利用率不高。
2、本专利技术通过下述技术方案实现：
3、一种盾构滚刀刀圈的激光熔覆再制造方法，包括如下步骤：
4、步骤1：失效刀圈预处理；
5、步骤2：去除步骤1所得的失效刀圈的缺陷部；
6、步骤3：对步骤2得到的刀圈进行表面处理；
7、步骤4：对步骤3得到的刀圈进行外形修正；
8、步骤5：在步骤4得到的刀圈外圆面依次熔覆打底层、过渡层和工作层形成再造刀齿；
9、步骤6：在步骤5所述的刀圈侧面依次熔覆基底层和耐磨表层形成再造耐磨层。
10、本专利技术通过对失效刀圈的处理修整，并采用熔覆的方式再造出刀齿和耐磨层，实现刀圈的再造修复，其中对于刀齿，采用了打底层、过渡层和工作层的梯度设计，由于熔覆技术输入的热量少，且刀齿材料的梯度设计，有效减少了裂纹。
11、本专利技术优选一种盾构滚刀刀圈的激光熔覆再制造方法，所述步骤1中，失效刀圈预处理的具体步骤为：
12、步骤11：将失效的刀圈从滚刀上拆卸；
13、步骤12：清洗拆卸下的刀圈，去除油污、泥土等。
14、本专利技术优选一种盾构滚刀刀圈的激光熔覆再制造方法，所述步骤2中，去除失效刀圈的缺陷部的具体方法为：使用电火花线切割环切刀圈，将其偏磨、开裂、剥落的部分切除，保留不对熔覆后刀圈的性能产生严重影响的完整外圆。
15、本专利技术优选一种盾构滚刀刀圈的激光熔覆再制造方法，所述步骤3中，刀圈的表面处理具体方法为：用酸液去除刀圈上的铁锈，再用无水乙醇清洗酸液。
16、本专利技术优选一种盾构滚刀刀圈的激光熔覆再制造方法，所述步骤4中，对刀圈的外形进行修正的具体方法为：车削刀圈外圆，使刀圈外圆平整。
17、本专利技术优选一种盾构滚刀刀圈的激光熔覆再制造方法，所述步骤5中，熔覆所述再造刀齿采用间隔熔覆的方式。
18、间隔熔覆的具体方法为：
19、一对相隔180°的打底层为一对，假设有n对，则在刀圈上的每个相邻打底层之间的夹角为180°/n，且打印顺序上始终使得下一次熔覆的刀齿与本次熔覆的刀齿相距一定角度，从而减少热应力影响。在每个位置打印时一次性打印完一个打底层才转到下一个位置打印。
20、针对具有16对刀齿的刀圈，对失效后刀圈的激光熔覆方法如下：
21、共熔覆16对刀齿，总共有16对熔覆层，则相邻熔覆层之间的夹角为11.25°。先熔覆第1对，第2对与第1对往某方向旋转90°，第3对与第1对往相同方向相隔45°，第4对与第2对往相同方向相隔45°，第5对与第1对往相同方向相隔22.5°，第6对与第2对往相同方向相隔22.5°，第7对与第1对往相同方向相隔67.5°，第8对与第2对往相同方向相隔67.5°，为与第8对相距一定距离，第9对与第5对往相同方向相隔11.25°，第10对与第6对往相同方向相隔11.25°，第11对与第7对往相同方向相隔11.25°，第12对与第8对往相同方向相隔11.25°，第13对与第1对往相同方向相隔11.25°，第14对与第2对往相同方向相隔11.25°，第15对与第3对往相同方向相隔11.25°，第16对与第4对往相同方向相隔11.25°。
22、熔覆完所有打底层后，分别选用过渡层的合金粉末按照熔覆打底层的顺序依次熔覆过渡层，选用工作层的合金粉末按照熔覆打底层的顺序熔覆工作层和波浪形花纹。
23、间隔熔覆有利于进一步降低温度梯度，从而抑制裂纹。
24、本专利技术优选一种盾构滚刀刀圈的激光熔覆再制造方法，所述步骤5中，还包括在工作层的上表面熔覆波浪形凸起，该设计可促进刀圈滚动，减缓偏磨，主要原因在于：岩石的突出部与凸起接触，能传递岩石对刀圈的推力，增大扭矩，推动刀圈克服摩擦力而滚动，避免刀刃一直只有同一区域/部位与岩石接触，让刀刃表面的各个部分都均匀地和岩石摩擦，从而起到减缓偏磨的作用。
25、本专利技术优选一种盾构滚刀刀圈的激光熔覆再制造方法，所述步骤5中，熔覆打底层所用材料为高镍、铬含量的fenicrbsi系铁基合金粉末，各元素的质量百分比如下：11.8～12.4％ni，18.5～19.3％cr，0.5％b，2.5％si，3.0％mo，0.2％mn，0.2％c，0.1％v，0.6％w，余为fe；优选为：12.1％ni，18.9％cr，0.5％b，2.5％si，3.0％mo，0.2％mn，0.2％c，0.1％v，0.6％w，余为fe。
26、本专利技术优选一种盾构滚刀刀圈的激光熔覆再制造方法，所述步骤5中，熔覆过渡层所用材料为低镍、铬含量的fenicrbsi系铁基合金粉末，各元素的质量百分比如下：7.0～7.6％ni，11.9～12.5％cr，1.0％b，2.3％si，1.2％nb，2.0％mo，0.3％mn，2.0％c，0.1％v，1.2％w，余为fe；优选为：7.3％ni，12.2％cr，1.0％b，2.3％si，1.2％nb，2.0％mo，0.3％mn，2.0％c，0.1％v，1.2％w，余为f本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种盾构滚刀刀圈的激光熔覆再制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种盾构滚刀刀圈的激光熔覆再制造方法，其特征在于，所述步骤5中，激光熔覆所述再造刀齿(2)采用间隔熔覆的方式。
3.根据权利要求1或2所述的一种盾构滚刀刀圈的激光熔覆再制造方法，其特征在于，所述步骤5中，熔覆打底层(201)所用材料为高镍、铬含量的FeNiCrBSi系铁基合金粉末，各元素的质量百分比如下：11.8～12.4％Ni，18.5～19.3％Cr，0.5％B，2.5％Si，3.0％Mo，0.2％Mn，0.2％C，0.1％V，0.6％W，余为Fe。
4.根据权利要求1或2所述的一种盾构滚刀刀圈的激光熔覆再制造方法，其特征在于，所述步骤5中，熔覆过渡层(202)所用材料为低镍、铬含量的FeNiCrBSi系铁基合金粉末，各元素的质量百分比如下：7.0～7.6％Ni，11.9～12.5％Cr，1.0％B，2.3％Si，1.2％Nb，2.0％Mo，0.3％Mn，2.0％C，0.1％V，1.2％W，余为Fe。
5.根据权利要求2所述的一种盾构滚
6.根据权利要求1、2或5任一项所述的一种盾构滚刀刀圈的激光熔覆再制造方法，其特征在于，所述步骤6中，熔覆基底层(301)所用材料为镍基粉末，熔覆耐磨表层(302)所用材料为高铁含量的FeNiCrBSi铁基系合金粉末，各元素的质量百分比如下：3.7～4.3％Ni，8.7～9.3％Cr，1.5％B，2.0％Si，2.0％Nb，1.0％Mo，0.5％Mn，4.0％C，0.2％V，2.0％W，余为Fe。
7.一种激光熔覆再制造盾构滚刀刀圈，其特征在于，采用如权利要求1-6任一项所述的一种盾构滚刀刀圈的激光熔覆再制造方法制备，包括刀圈本体(1)、再造刀齿(2)和再造耐磨层(3)，所述再造刀齿(2)包括依次熔覆的打底层(201)、过渡层(202)和工作层(203)，所述打底层(201)间隔熔覆在所述刀圈外圆面(101)上，所述再造耐磨层(3)包括依次熔覆的基底层(301)和耐磨表层(302)，所述基底层(301)熔覆在所述刀圈侧面(102)，所述再造耐磨层(3)相对于所述再造刀齿(2)向刀圈本体(1)的两侧面凸起。
8.根据权利要求7所述的一种激光熔覆再制造盾构滚刀刀圈，其特征在于，所述打底层(201)和过渡层(202)过刀圈本体(1)轴线的截面形状均呈凸字形，且再造刀齿(2)从打底层(201)向工作层(203)的方向尺寸逐渐减小。
9.根据权利要求8所述的一种激光熔覆再制造盾构滚刀刀圈，其特征在于，所述再造刀齿(2)与所述凸字形截面垂直的截面形状为等腰梯形。
10.根据权利要求7-9任一项所述的一种激光熔覆再制造盾构滚刀刀圈，其特征在于，所述工作层(203)上熔覆有波浪形凸起(204)。
...【技术特征摘要】
1.一种盾构滚刀刀圈的激光熔覆再制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种盾构滚刀刀圈的激光熔覆再制造方法，其特征在于，所述步骤5中，激光熔覆所述再造刀齿(2)采用间隔熔覆的方式。
3.根据权利要求1或2所述的一种盾构滚刀刀圈的激光熔覆再制造方法，其特征在于，所述步骤5中，熔覆打底层(201)所用材料为高镍、铬含量的fenicrbsi系铁基合金粉末，各元素的质量百分比如下：11.8～12.4％ni，18.5～19.3％cr，0.5％b，2.5％si，3.0％mo，0.2％mn，0.2％c，0.1％v，0.6％w，余为fe。
4.根据权利要求1或2所述的一种盾构滚刀刀圈的激光熔覆再制造方法，其特征在于，所述步骤5中，熔覆过渡层(202)所用材料为低镍、铬含量的fenicrbsi系铁基合金粉末，各元素的质量百分比如下：7.0～7.6％ni，11.9～12.5％cr，1.0％b，2.3％si，1.2％nb，2.0％mo，0.3％mn，2.0％c，0.1％v，1.2％w，余为fe。
5.根据权利要求2所述的一种盾构滚刀刀圈的激光熔覆再制造方法，其特征在于，所述步骤5中，工作层(203)上还熔覆有波浪形凸起(204)，熔覆工作层(203)和波浪形凸起(204)所用材料为高铁含量的fenicrbsi系铁基合金粉末，各元素的质量百分比如下：3.7～4.3％ni，8.7～9.3％cr，1.5％b，2.0％si，2.0％nb，1.0％mo，0.5％mn，4.0％c，0.2％v，2.0％w，余为fe。
6.根据权利要求1、2或5任一项...
【专利技术属性】
技术研发人员：谭小波，程延海，章龙管，陈浩，张中华，杨金勇，李开富，黄斌，邵璇，何镇良，罗章，高旭东，
申请(专利权)人：中铁工程服务有限公司，
类型：发明
国别省市：
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