盾构刀具耐磨焊丝
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盾构刀具耐磨焊丝

  盾构法是利用盾构机在地面以下暗挖隧道的一种施工方法,具有安全高效、对地面干扰小等优点,是当前城市隧道建设的最佳选择。

  通过对进口盾构刀具在砂卵石地层的磨损特点分析,我们得出的结论是:盾构刀具在砂卵石地层施工中,主要的失效形式为:冲击破坏、犁沟式磨粒磨损和碾压磨损。由此,我们开成功开发了盾构机刀具专用耐磨堆焊丝和耐磨复合钢板。

  构机刀具专用耐磨堆焊丝

  SHIELD系列焊丝是针对盾构机刀具修复开发的一种堆焊药芯焊丝,直径为1.6mm,采用CO2气体保护焊或者自保护焊(无需保护气体)。SHIELD系列焊丝具有良好的焊接工艺性能,堆焊层焊态硬度可达58~64HRC,堆焊层裂纹倾向小,而且可以满足盾构机刀具现场修复时苛刻的施焊要求:难以进行焊前预热和焊后热处理、施焊空间狭小、通风条件差等。

  构机刀具专用耐磨板

  根据不同地质下的具体工况,专门研发生产不同规格和性能特点的耐磨复合钢板,大幅提高了盾构机刀盘,尤其是刀盘边缘及外侧的耐磨损性能。

  堆焊焊丝和耐磨复合钢板的工程应用

  2005年7月底,经SHIELD系列焊丝刃口堆焊强化的盾构机刀具用于地铁五号线试验段北新桥站至雍和宫站右线隧道掘进施工,其地质条件与使用进口盾构刀具的左线基本相同。到2005年11月开仓检查更换刀具,完成掘进370米,对盾构刀具部分受损严重的部位二次堆焊后,又掘进了50米,开仓检查发现刀具磨损量较少。至此,SHIELD系列焊丝修复强化的盾构刀具累计完成420米的掘进,而进口刀具的使用寿命仅为250米,随着地铁建设的全面开展,盾构刀具的需求迅速加大,SHIELD系列焊丝修复强化刀具在性能达到并超过进口刀具的基础上,经过进一步改进配方、优化生产工艺,在2007年2月结束的北京市地铁十号线第十一标段农展馆站至亮马桥站左线的施工中,通过SHIELD系列焊丝和耐磨复合钢板强化的盾构机刀具、刀盘一次挖掘长度达780余米,大大超过了进口刀具的使用寿命。SHIELD系列焊丝的研发成功大大节约了地铁施工的成本,推进了地铁建设进程。此外,该系列焊丝和耐磨复合钢板还成功应用于南京、成都、沈阳等多条地铁和过江隧道的施工。

  结论

  1)盾构机刀具失效主要是由于刀具受到地层中沙砾和卵石的强烈冲击和高应力的磨粒磨损,表现形式为硬质合金的脱落和折断。 (2)SHIELD系列焊丝具有良好的焊接工艺性能,能够满足盾构机刀具修复和强化的施焊要求。堆焊层具有较高的焊态硬度,其显微组织为断续网状的奥氏体和低碳马氏体,具有良好的加工硬化性能和耐磨粒磨损性能。刀盘强化用耐磨复合钢板满足盾构施工工况的要求,大幅提高了盾构机刀盘的使用寿命。 (3)SHIELD系列焊丝已成功应用于地铁、过江隧道施工用盾构机刀具的修复与强化,其使用寿命明显长于进口刀具,配合耐磨复合钢板的强化措施,大幅提高了盾构机刀具和刀盘的掘进长度。

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