一种碳化钨颗粒耐磨层结构及其加工方法与应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种碳化钨颗粒耐磨层结构及其加工方法与应用，属于机械设备耐磨技术领域。
【背景技术】
[0002]隧道是修建在地下或水下并铺设铁路供机车动车辆通行的建筑物。根据其所在位置可分为山岭隧道、水下隧道和城市隧道三大类。道路隧道的建设过程主要为隧道规划、勘测、设计、贯通控制测量和施工等工作隧道开挖开挖方法分为明挖法和暗挖法，隧道的掘进主要由盾构机与TBM(Tunnel Boring Machine)隧道掘进机完成，是利用回转刀具开挖，同时破碎洞内围岩及掘进，形成整个隧道断面的一种新型、先进的隧道施工机械，盾构设备及刀具以及TBM设备及刀具的耐磨性能对隧道掘进有着至关重要的影响，掘进设备与刀具的磨损失效严重影响隧道正常施工，加大施工成本；采矿机械是保证煤炭正常生产的关键设备，然而设备在生产中由于矿用刀具的磨损失效，导致矿用刀具的更换频繁，给煤炭生产企业带来了经济损失；旋挖钻机以及路面铣刨机在日常作业过程中，钻具以及路面铣刨齿的磨损失效，严重影响施工周期，造成施工成本的增加，同时其他一些机械设备也会因为组成部件的耐磨性能而影响设备的使用寿命。
[0003]目前针对上述问题，大多采用在机械的关键位置增设高铬耐磨层，来增加机械设备的使用寿命，但高铬耐磨层作为普通的耐磨层，其耐磨性能还有待提高，其在施工过程中仍存在易磨损现象。近年来，在很多机械设备上开始采用碳化钨形成耐磨层，利用碳化钨所具有的高耐磨性，在机械设备的工作面上形成的碳化钨耐磨层可以很好地保护机械设备，延长机械设备的使用寿命。
[0004]中国专利文献CN202579581U公开了一种磁力泵止推轴承，在该轴承上的环形槽内堆焊有碳化钨耐磨层，通过利用碳化钨焊条直接在环状基层的环形槽内堆焊碳化钨耐磨层。该方法形成的碳化钨耐磨层与环状基层连接可靠，不会出现松脱现象。但该方法需要用到碳化钨焊条，而碳化钨焊条中的碳化钨粒度均远小于1mm，无法实现粗颗粒碳化钨颗粒耐磨层的制备，且碳化钨的含量一定，无法根据需要进行调整。
[0005]中国专利文献CN101016826B提供了一种金刚石钻头的钻头体及其制作方法，该方法通过在骨芯外面包覆碳化钨耐磨层，碳化钨耐磨层经过烧结有粘结金属经高温熔渗烧结而成，并由钢芯烧结为一体。该方法得到的碳化钨耐磨层工艺过程复杂，对工艺过程中的各工艺参数要求较高，使用到的碳化钨粉需要经过多道工艺步骤，该方法无法应用于多种不同的场合。
[0006]针对目前现有耐磨层加工方法中存在的问题，我们采用新型的耐磨技术，以碳化钨粗颗粒与焊丝同步焊接的方式，让碳化钨颗粒与焊丝同步焊接形成一种新型耐磨层，这种新型耐磨层的应用，能大大提高设备以及刀具的耐磨性能，保证上述各类施工的正常运行并节约施工成本。
【发明内容】
[0007]针对现有技术的不足，本发明提供一种以碳化钨粗颗粒为原料，采用与焊丝同步焊接的方式得到的碳化钨颗粒耐磨层结构。
[0008]本发明还提供一种上述碳化钨颗粒耐磨层结构的加工方法。
[0009]本发明的技术方案如下:
[0010]一种碳化钨颗粒耐磨层结构，包括金属基体和碳化钨颗粒，通过焊接熔融在工件表面形成焊接熔池得到所述的金属基体，通过同步焊接的方式向焊接熔池内注入所述的碳化钨颗粒，将所述的碳化钨颗粒包覆设置于金属基体内。
[0011]优选的，所述金属基体为通过中低碳钢焊丝焊接熔融在工件表面形成焊接熔池得到的金属基体。
[0012]进一步优选的，所述中低碳钢焊丝为Φ 0.5mm-Φ 4mm的中低碳钢焊丝。
[0013]优选的，所述碳化钨颗粒为纯度为80-97%、粒径为0.5-5mm的碳化钨颗粒。
[0014]一种碳化钨颗粒耐磨层结构的加工方法，包括步骤如下，
[0015](I)取纯度为80-97%、粒径为0.5_5mm的碳化钨颗粒，备用；
[0016](2)取Φ 0.5mm-Φ 4mm的中低碳钢焊丝，备用；
[0017](3)将步骤⑵中的中低碳钢焊丝以25-80cm/min的移动速度焊接到待加工工件的工作面上，当焊丝在工件表面堆焊形成焊接熔池的同时，由定量输送装置上的喷嘴以10-1OOOmmVmin的速度喷出碳化钨颗粒进入到焊接熔池；当焊丝前移时，后面的熔池降温凝固，把碳化钨颗粒包裹在焊接熔敷金属中，随着熔池的移动，定量输送装置上的喷嘴也以与焊枪同样的速度同步移动，由此逐步形成包含碳化钨颗粒的耐磨层。
[0018]优选的，步骤(3)中，使用焊枪在焊接电压25-45V下对焊丝进行熔融。此设计的优点在于，焊丝在此焊接电压下的熔融效果最好，形成的熔池温度高，熔池能够将碳化钨颗粒紧紧包裹，对碳化钨颗粒的包裹性好，由此形成的碳化钨耐磨层使用寿命更长。
[0019]优选的，在盾构设备及盾构刀具的工作面上设置碳化钨颗粒耐磨层。
[0020]优选的，在TBM设备及TBM刀具的工作面上设置碳化钨颗粒耐磨层。
[0021]优选的，在采矿机械及矿用刀具的工作面上设置碳化钨颗粒耐磨层。
[0022]优选的，在旋挖钻机钻具的工作面上设置碳化钨颗粒耐磨层。
[0023]优选的，在路面铣刨机及路面铣削刀具的工作面上设置碳化钨颗粒耐磨层。
[0024]优选的，在挖掘机铲斗及斗齿的工作面上设置碳化钨颗粒耐磨层。
[0025]优选的，在推土机铲斗及斗齿的工作面上设置碳化钨颗粒耐磨层。
[0026]本发明的有益效果在于:
[0027]1.本发明碳化钨颗粒耐磨层的加工方法，以碳化钨颗粒为原料，采用焊丝同步焊接的方式在各种设备及刀具上焊接形成碳化钨颗粒耐磨层，该方法不同于传统的通过碳化钨焊条焊接或者原位烧结的方式在设备工作面得到碳化钨耐磨层的做法，为在设备上形成耐磨层提供了新途径。
[0028]2.本发明碳化钨颗粒耐磨层的加工方法，施工不需要激光设备的昂贵投资，只需普通焊机结合定量送料设备即可，施工范围广、限制小，施工成本大大降低，且单层成型厚度较激光融敷方法大大增加。
[0029]3.通过本发明方法得到的碳化钨颗粒耐磨层较传统的碳化钨耐磨层，其耐磨性能更好，使用寿命更长，对设备能够形成更好的保护。
[0030]4.本发明方法步骤简单，易于操作，效率高，能够在短时间内得到碳化钨颗粒耐磨层，且该方法应用范围广，操作简便，能够在多种不同的设备及工件上形成该碳化钨颗粒耐磨层，局限性小。
【附图说明】
[0031]图1为实施例3中盾构刀具焊接碳化钨颗粒耐磨层的结构示意图；
[0032]图2为图1中的沿A-A线的剖视图；
[0033]图3为实施例4中TBM刀具全断面焊接碳化钨颗粒耐磨层的结构示意图；
[0034]图4为实施例4中TBM刀具刀圈焊接碳化钨颗粒耐磨层的结构示意图；
[0035]图5为实施例4中TBM刀具刀体焊接碳化钨颗粒耐磨层的结构示意图；
[0036]图6为实施例5中矿用刀具焊接碳化钨颗粒耐磨层的结构示意图；
[0037]图7为实施例5中矿用刀具焊接碳化钨颗粒耐磨层的结构示意图；
[0038]其中:1、2、3、4、5、6、7、8、9、10均为碳化钨颗粒耐磨层。
【具体实施方式】
[0039]下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。
[0040]实施例1:
[0041]本发明提供的一种耐磨层的加工方法，以碳化钨颗粒为原料，包括步骤，
[0042](I)取纯度为97%、粒径5mm碳化钨颗粒，将碳化钨颗粒装入到定量输送装置中，以备后用；
[0043](2)将Φ0.5mm的中低碳钢焊丝装入焊接设备，使用焊枪准备焊接；
[0044](3)使用焊枪在焊接电压45V下将焊丝以80cm/min的速度焊接到待加工工件的工作面上，当焊丝在工件表面堆焊形成焊接熔池的同时，由定量输送装置上的喷嘴以10mm3/min喷出碳化钨颗粒进入到焊接熔池；当焊丝前移时，后面的熔池降温凝固，把碳化钨颗粒包裹在焊接熔敷金属中，随着熔池的移动，定量输送装置上的喷嘴也以与焊枪同样的速度同步移动的速度同步移动，由此逐步形成包含碳化钨颗粒的耐磨层。
[0045]通过此方法得到的化钨粗颗粒的耐磨层，较以往方法得到的耐磨层硬度高、耐磨性好，使用寿命长。
[0046]普通高铬耐磨层硬度约HRC60，碳化钨颗粒硬度可达HRC70(HRA86.5)以上，因此碳化钨颗粒和普通高铬耐磨层相比具有极高的耐磨性，但纯碳化钨韧性差，受冲击容易碎裂。本发明正是碳化钨颗粒的高耐磨性出发，用韧性很好的金属包裹耐磨性极好的碳化钨颗粒形成耐磨性极好且耐冲击的碳化钨颗粒耐磨层。
[0047]在碳化钨颗粒耐磨层受到摩擦时，碳化钨颗粒耐磨层中的碳化钨颗粒与摩擦物接触，融敷金属会随着碳化钨颗粒的磨损而磨损，由于碳化钨颗粒硬度高，耐磨性好，因此耐磨层整体的耐磨性大大提高。
[0048]根据耐磨性能对比试验，碳化钨颗粒耐磨层是高铬耐磨层耐磨性能的3?5倍；根据在四川某工地的试用试验，碳化钨颗粒耐磨层截齿寿命达到普通耐磨层截齿的2倍以上。
[0049]利用该方法得到的碳化钨颗粒耐磨层结构，包括金属基体和碳化钨颗粒，通过焊接熔融在工件表面形成焊接熔池得到所述的金属基体，通过同步焊接的方