超耐磨合金激光熔覆，助力盾构机刀圈强化再升级，让掘进更高效

随着轨道交通行业的迅猛发展，盾构机作为一种隧道挖掘机，起到了至关重要的作用。盾构机主要包括了前盾、中盾、尾盾、刀盘及其他附件，而刀盘相当于“排头兵”，具有开挖功能、稳定功能及搅拌功能，是名副其实的核心部件。同时，滚刀对刀盘的使用又起到了功不可没的作用。滚刀安装在其前端，通过推力使其紧贴岩石表面，刀盘旋转时，滚刀一边随着刀盘旋转，一边围绕自身轴心进行旋转。施工时，若盾构机推力小于岩石强度，会在岩石表面切出一系列同心圆沟槽；当盾构机推力大于岩石本身强度时，岩石会被直接切碎。盾构机破岩原理是将刀刃插入岩石，使岩石表面呈现放射性裂纹，随后给滚刀施加推力，相邻滚刀间岩石的裂纹就会延伸，从而变成碎片崩落，破岩完成。

滚刀由刀体、刀圈、挡圈、端盖、轴承五大部分组成，刀圈是加热到100～200℃安装到刀体上。在盾构机施工硬岩或上软下硬、上硬下软等复合地层时，中心滚刀在该类地层掘进中磨损较快，而在上软下硬地层中，滚刀偏磨现象比较常见，因此，刀圈属于极易磨损件，超过磨损量阈值后则需要进行更换。而盾构机开仓更换易损件属于危大工程范畴，风险高、技术要求高以及工作强度大，同时，也会大大提升生产周期及成本。因此，提高刀圈的使用寿命可大大减少更换次数，降低人力、物力的消耗，节约成本，也进一步保障生产安全及周期可控，在工程实践中具有重要的意义。

为了提高刀圈的使用寿命，目前普遍采用在刀圈工作区域表面沉积耐磨材料，一般选择HRC55高硬度的材料，然后，通过激光熔覆技术在表面获得一层较硬的耐磨层。而由于目前常用的熔覆材料种类及加工工艺技术差异化明显，实际获得的产品质量也良莠不齐，往往存在熔覆层耐磨性能差、产品使用寿命短，甚至出现使用中掉块、开裂等现象，因此，在实际应用中取得的改善效果并不明显。

我司针对盾构机刀圈目前的使用工况，为某中铁旗下客户研制了适用于刀圈表面改性的超耐磨合金材料，可以兼顾超高硬度及结合面超高韧性两大优势。同时，针对刀圈结构，优化激光熔覆路径，将超耐磨合金材料送入高能量密度的激光作用区中，使超耐磨合金材料迅速熔化并与刀圈基体形成冶金结合，使得在刀圈表面获取一层结合强度高的超耐磨合金层，并形成了完善的刀圈表面激光熔覆强化工艺规范，进一步提升刀圈激光熔覆批量制造稳定性。

我司开发的新型复合粉末为铁基粉末及具有超高硬度的第二相所构成，第二相最高硬度可达到HV2600-3200，因此，该硬质相的加入可大大提升熔覆层的整体硬度。同时，经过对不同比例粉末进行多次反复的试验研究，发现复合粉末在一定比例时得到的超高耐磨合金层可同时满足高硬度及结合面高韧性两大优势，整体性能最佳。对熔覆层进行微观分析，发现其中的硬质相比例达到了70%，耐磨层的平均硬度为HRC64以上，远远高于基材的硬度，真正做到了内里强韧外表超耐磨。

使用了我司超耐磨合金的刀圈产品在盾构机掘进工作中得到大量使用，据现场技术人员的数据统计结果，超耐磨合金刀圈的平均使用寿命比传统刀圈提升一倍以上，施工效率明显提升，大幅降低了工程人员的工作量。目前我司配备多台刀圈激光熔覆平台，可实现批量的刀圈熔覆加工。而且我司在现有的技术上，针对不同的岩层环境，结合客户反馈数据，不断进行材料性能优化，进一步完善刀圈激光熔覆工艺数据库，力争将刀圈的品质不断提升，服务更多的施工单位。