新型超长、超粗暨高性价比重型螺纹连接钎杆的研发

周楚淳 ，叶凌云 ，熊 波 ， 尹和平 ， 刘 敢 ，张国榉，张汉斌，饶建华 ，周 晔 ，杨太奎

（1.湖北嘉裕钎具股份有限公司，湖北 咸宁 437224；2.中国地质大学（武汉）掘进工程研究所，湖北 武汉 430074）

1 《田野》钻车凿岩钎杆初展雄风

为了加速实现国家“振兴钨业”和“建设一流钎钢钎具强国”的战略目标，以促进我国采掘工业现代化建设和 “中部崛起” 计划的实施，2003年6 月3 日，在张国榉研究员、叶凌云高工两位国家级钎钢钎具专家的倡议下，由中国地质大学（武汉） 副校长王焰新教授与湖北省田野集团股份有限公司周宝生董事长，共同签署了“湖北田野钎钢钎具有限责任公司”的《合同》与《章程》，双方分别出资150 万元和850 万元， 合计1000万元注册资本，在湖北嘉鱼注册成立了“湖北田野钎钢钎具有限责任公司”。 与此同时，湖北《田野》集团承诺无偿提供现成厂房并贷给所需流动资金。 基于原湖北咸宁《华夏》公司12 年的经验积累与合资双方的人力资源，进一步吸收了近几年国内外同行和自身实践中获得的新经验，双方通力合作，仅用了10 个月时间，于2004 年5 月，在湖北嘉鱼建成了一个以钻车凿岩用重型钎杆、高炉开口钻杆、各型钎（钻）头及其他配套钎具为主导的大型钎钢钎具生产基地，见图1。 该生产线坚持以人为本，自主创新，具有如下几个特点：①采用双通道连续中频透热炉。 该炉分预热、加热和保温三个区段， 从而使钢坯在加热过程中，相对缓慢地通过材料的居里点，消除了合金钢过快加热所形成的热应力，并充分使钢坯轴向和径向温度基本均匀，杜绝钢坯产生过热和过烧的缺陷，从而形成《田野》公司独特的钢坯加热模式；②采用加强型Φ50 二辊穿孔机。 电机功率比原《华夏》公司穿孔机增加了20%，扩大了产品规格的覆盖率。 较长的穿孔机后台，确保了荒管具有足够的长度，从而保证《田野》公司能生产D51 mm 以内全系列凿岩钻车钎杆，可以满足国内外各类钎具市场的需求；③采用两次带芯减径轧管机组。 确保了中空钎钢具有良好的内孔质量，内孔壁螺旋线由0.4 mm 降至0.2 mm 以下，达到国内先进水平；④采用国内先进的双列三辊热轧减径机组，和可调试六辊纵轧成型轧机。 有效保证了钎钢外表面质量，将“热拔法”钎钢成型时受到的拉应力转变为压应力，大幅减少了钎钢的疲劳源；⑤采用国际通用的步进式冷床。 增加了冷床平面冷却面积，防止产生热态中空钎钢在冷却过程中的表面碰伤， 从而有助于提高钎杆使用寿命。与此同时，《田野》公司的深井式气体渗碳炉，有效炉堂深达6.5 m，所产低碳Cr-Ni-Mo 系超高强度合金钢钎杆， 经整体渗碳-淬火-低温回火，钎杆表面硬度为HRC 56～61， 心部硬度为HRC 40～44，再经抛丸、防腐处理后，《田野》H35、D38、D45、D51 各型钻车凿岩用螺纹连接钎杆质量稳定，受到美国、加拿大、日本、印度和我国水电、交通、 矿山等国内外用户好评。 例如：2004 年12月，《田野》销往溪洛渡电站葛洲坝工程局和水电6 局两家施工单位的 R38-H35×6400-R35 重型钎杆， 寿命突破了1500 m， 达到了进口钎杆水平，很快在瀑布沟电站也追加了订货。

图1 《田野》 目标——创建中国一流钎钢钎具企业（2004.5，湖北嘉鱼）

2005 年 10 月至 2006 年 9 月， 我们先后多次对《田野》公司供给湖南长沙黑麋峰抽水蓄能电站， 和湖南怀化托口电站的 《田野》 牌R38-H35×5525-R35（R32）、R35（内）-H35×3700-R35（外）、T45（内）-D45×3660-T45（外）、T51（内）-D51×3660-T51（外）钻车钎杆，以及部分配套钎头进行了跟踪技术服务和现场工业考核。结果表明：①用较廉价的22SiMnCrNi2Mo（仿瑞典锥体连接焊接固片钎头用钢FF-710）电炉钢（加真空脱气处理）生产的 R38-H35×5525-R35 钎杆，由于杆体相对较细，精心控制淬回火温度能获得较好的表面和心部硬度， 且配用直径较小的Φ48七齿-R35 或 Φ50 九齿-R35 钎焊固齿钎头，钎梢承受的扭矩相对较小，其硬岩平均寿命已大幅度超过了原《华夏》公司当年水平，达到了1400～1600 m/支，绝大多数实现了螺纹正常磨损报废；②配套使用的《田野》Φ48 七齿、Φ50 九齿-R35、R32 钎焊固齿钎头，只要钢种与硬质合金齿选择合理，严格按图纸和企业标准生产，确保钎头裤体与头部硬度控制在HRC 40～45 范围， 在该电站坚硬花岗岩中正常磨损平均寿命可稳定在300 m 左右，与同类进口钎头相当，而价格低，服务好，用户表示满意。该钎杆、钎头的详细工况请参阅表 1 和图 2、 图 3、 图 4； ③用 22SiMn-CrNi2Mo 钢生产的单臂钻车下向穿孔用T45(内)-D45×3660-T45 和 T51（内）-D51×3660-T51(外)《田野》快换钎杆的工作情况，见表2 和图5、图6、图 7。 这表明《田野》D45、D51 重型快换钎杆硬岩平均寿命已稳定在800～1000 m 范围， 尚存在断梢等非正常失效缺陷，说明尚有很大改进和提高的空间。

2 产-学-研结合向国际先进水平攀登

2005 年6 月， 以国内外市场急需和采掘工程广泛使用的钻车凿岩钎杆为中心，结合本公司博士后工作站立项，与中国地质大学（武汉）等单位合作，正式开展了“新型钻车凿岩用超长暨高性价比重型螺纹连接钎杆”的研发工作。

2.1 项目提出的目的意义及国内外概况

“采掘业是国民经济基础产业”。工业炸药发明后，高效、低耗凿岩一直是困扰世界采掘工业的百年难题。改革开放20 多年来，以硬质合金凿岩钎具为核心内容的我国钎钢钎具工业现代化建设，已经取得了日新月异的突破性进展，各系列凿岩钎具不但在质量、品种方面逐步实现了国产化，并且开始批量出口。 据概略统计，2004 年我国Φ32～Φ127 mm 硬质合金钎头和H22 mm 整体钎杆等短钎具的出口额， 虽已接近2000 万美元，仍不到国际钎具市场交易量的1/500。国际钎具市场年容量高达100 亿美元； 国内钎钢和轻、重型钎杆等长钎具的年耗量， 也已逾6 万吨，年产值近 10 亿元。但是，H19、H22、H25 mm 锥体连接钎杆和硬质合金整体钎杆， 以及H28、H32、H35、H38、H45、D32、D38、D45、D51 mm 螺 纹 连接钎杆的质量问题，迄今仍是我国钎钢钎具工业现代化建设和长钎具出口的主要“瓶颈”。

图2 湖南长沙黑麋峰电站地下硐室施工现场（2006.5.25，长沙）

图3 《田野》均质钻车凿岩钎杆的使用效果(长沙黑麋峰电站，2006.5.25)

图 4 《田野》Φ48 七齿-R35（R32）钎焊固齿与热嵌固齿钎头工况比较（长沙黑麋峰电站，2006.5.25）

长钎具的国际水平以瑞典Sandvik 和Secoroc 公司为代表：H22 mm 锥体连接钎杆和硬质合金整体钎子，斯德哥尔摩花岗岩寿命≥150m；钻车凿岩用D45 mm 重型螺纹连接钎杆，花岗岩寿命≥1500 m， 一般可达到 2000 m 左右。 瑞典R32、R38、T38、T45、T51 mm 重型螺纹连接的主要规格品种，见图8、图9。

长钎具的国内水平： 上世纪90 年代末H22 mm 锥体连接钎杆以《贵阳》H22×108-2000Φ18×7°“铸管法”ZK55SiMnMo 钎杆为代表， 花岗岩工业统计平均寿命约60～80 m;D45 mm 重型螺纹连接钎杆，以咸宁《华夏》公司T45-D45×3660-T45 ZK 18CrNi3MoV“热穿-热轧法”钎杆为代表，花岗岩工业统计平均寿命约800～1000 m。

2003 年 8 月，中国地质大学(武汉)掘进工程研究所、大冶钢厂钢研所、沈阳中科院金属研究所、 贵阳钢厂等单位合作研发的H22 mm “钻孔法”ZK40SiMn CrNiMoA 钢锥体连接钎杆和整钎，硬岩工业统计平均寿命达到了120～150 m，已接近了国际先进水平。 2004 年12 月，湖北田野钎钢钎具有限责任公司H35ZK22SiMnCrNi2Mo“电均热-热穿-热轧法”R38-H35×6400-R35 重型钎杆，在四川溪洛渡电站硬岩寿命已突破1500 m，与同类进口产品寿命相当，居国内领先水平。 这显示在1999 年底盛极而衰以后， 重新确立了湖北钎钢钎具强省的地位，并为在质量、品种、性价比指标方面接近国际先进水平，开创了一个独具优势的工作平台和新的出发点。

我国2004 年钢产量已突破2.5 亿吨， 是世界头号钢铁大国，但在钢材质量、品种、成本、资源合理利用和综合竞争实力方面，距离钢铁强国还路程遥远。 冲击式凿岩钎具用钎钢，是人类所有钢铁机械中受力条件最苛刻、 使用寿命最短、基础工业必需的大量消耗性钢种，也是一个国家钢铁工业发展水平的标志性钢种之一。 因此，本项目的突破，将对我国钎钢钎具与采掘工业现代化建设和提升综合国力产生积极影响；对《田野》公司未来的更大发展和我国钎钢钎具工业走向世界，具有现实而深远的社会经济意义。

图 7 《田野》T51（内）-D51×3660-T51（外）均质快换钎杆的工业考核（湖南怀化托口电站，2006.9.16）

2.2 主要研究内容、技术关键及主要技术经济指标

(一)研究内容及攻关指标

根据国内外市场急需和采掘工程广泛使用的 H35、H38、H45、D32、D38、D45、D51 mm 钻 车凿岩用重型螺纹连接钎杆，选择典型产品，如隧道钻车凿岩用 R38-H35×5525、6400、9000-R32(R35)钎杆，和露天钻车凿岩用 T45（内）-D45×3050、3660、6095-T45（外）、T51（内）-T51×3050、3660、6095-T51（外）钎杆，如图 10 所示。 要求在岩石坚固性系数 f=12～14 坚硬花岗岩中，H35 mm 隧道凿岩重型钎杆平均寿命≥1500 m/支；D45、D51 mm 露天凿岩重型钎杆平均寿命≥2000 m/支，达到国际先进水平。

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图8 瑞典R32、R38、T38 钻车凿岩钎杆

（二）主要的技术措施

（1）根据钎杆受力分析确定钎杆各部位合理的几何结构参数

图9 瑞典T45、T51 钻车凿岩钎杆

①钎钢合理断面形状的研究。 如圆形D38（39）、D45 （46）、D51 （52）、D60、D68、D76 mm 钎钢， 正六角形 H35、H32、H38、H45、H51 mm 钎钢，正七角形 Q35、Q38、Q45、Q51 mm 钎钢，正九角形 J45、J51、J60、J68、J76 mm 钎钢以及相应的中心孔直径。除非标明新产品外，一般六角、圆形钎钢产品，按国标GB/T 1301 执行。 ②合理的钎柄和钎梢端长度的研究。根据不同长度钎杆应力波谱显示的危险部位和生产统计资料，以及通过钎杆动力学谐响应分析所获得的危险冲击频率，并与危险部位的应力对应谱值相比较，最终以最长的使用寿命和最低的钎钢材料费用为判据，拟在300～600 mm 选取。 ③合理的钎柄、钎梢螺纹和细部参数的研究。除异形螺纹产品外，一般R、T 形螺纹按国标GB/T 6482 执行。

（2）钎杆各部位钎钢的钢种设计和选择

图10 拟研发的《田野》异质和均质钻车凿岩钎杆

①均质钎杆或异质钎杆的钎柄、钎梢部钢种的选择。 鉴于合金元素钨(W)是高熔点强碳化物形成元素，生成的特殊碳化物能提高钢的回火稳定性和热强度，能更好地细化晶粒和在不同温度下阻止晶粒长大，可更有力地提高钢的强韧性和耐磨性。又据我们1987～1991 年在研制冲击凿岩钎尾时，借鉴前苏联军工用18Cr2Ni4W 钢的成功经验——用23CrNi3MoA、22SiMnCrNi2MoA 钢生产的 QW54×8 键×640-R38 ×12.7 钎尾，在山东三山岛金矿平均寿命达到了 3240 m/支； 用25Cr2Ni4WA 钢生产的钎尾， 最高寿命突破了6000 m/支。 综合与此相关的国内外先进经验，拟选用 23CrNi3Mo、18Cr2Ni2W、25Cr2Ni4W 等抗拉强度σb≥1500 MPa 的超高强度渗碳钢。

②异质钎杆中部杆体钢种的选择。中部杆体受力条件较好，拟选用18Si2MnCrMo、 35SiMn-MoV、42CrMo 等渗碳钢或中碳贝氏体、准贝氏体钢，以求节省Ni、W 资源并降低制造成本。

（3）合理应用超级钢冶炼技术以提高钢质

钎柄、钎梢服役条件恶劣，是钎杆失效的薄弱部位，所用钎钢钢种，除必须满足最高寿命的设计需求外，在冶炼方面，更必须满足“高洁净度，超细晶粒，高均匀度”的技术要求。 新的钢质标准要求达到：①各化学元素目标成分含量波动范围＜0.015%，P≤0.014%，S≤0.009%; ②氧含量≤0.0012%（12 ppm）; ③有害夹杂物尺寸降到8 μm 以下，达到优质轴承钢水平；④平均晶粒度细至8 级以上；⑤钢材坯料纯净度、均匀度要求窄带供货，按同炉号、同批次钎杆成品表面硬度变化范围≤2 HRC 验收。 可以通过电弧炉熔炼（EBT)+钢包炉外精炼（LF）+真空脱气(VD)处理，并采取专门措施控制D 类脆性类杂物的发生和分布；采用添加Ce-La 微量元素，最大限度地减少偏析和细化晶粒；结合淬透性计算预报和熔炼末期成分微调工艺，实现钢坯料窄带供货。

（4）选购合格的圆钢坯料

为保证不同规格——尤其是超粗、超长重型钎钢成品具有较高的压缩比，除满足上述钢质标准外， 还需要从源头选择具备生产优质大尺寸（如500×500 mm 方坯） 连铸连轧条件的名牌特钢企业进货。 例如江阴新澄特钢、 大冶特钢、本钢、西钢、贵钢等。

（5）重建一条可生产超长、超粗全系列优质钎钢的重型钎钢生产线

该生产线已于2014 年6 月建成投产， 其外貌见图11。

（6）完善均质或异质重型钎杆的制钎工艺

图11 湖北嘉裕钎钢钎具股份有限公司Φ76重型钎钢生产线外貌（2014.8.12）

①均质快换钎杆的制造工艺流程： 定尺下料→中频感应加热锻造钎柄→低温退火→钎柄、钎梢机加工→井炉整体渗碳淬回火 （油冷或风冷）→矫直（油压机点矫，直线度≤1.5 mm/m）→抛丸→检验（外观、无损探伤）→打标→防腐→包装→入库。

②圆形异质快换钎杆的制造工艺流程：钎柄、钎梢棒料机加工（中心孔先钻后铰达到粗糙度要求）→中部杆体机加工→摩擦焊→低温退火→除内外瘤→整体渗碳淬回火 （油冷或风冷）→矫直 （油压机点矫， 直线度≤1.5 mm/m）→抛丸→检验 （外观、 无损探伤）→打标→防腐→包装→入库。

（7）改进钎杆的热处理工艺

严格操作规范和检验制度， 根据不同钢种、批次坯料和气候条件变化， 适时调整热处理工艺。按技术条件确定的井炉整体渗碳-淬火-低温回火工艺，确保钎杆表面（含钎柄、钎梢与螺纹部分） 硬度达到 HRC 56～62， 心部硬度达到 HRC 40～45。

（8）进一步研发正七角、正九角形系列钎杆

根据中国专利ZL 03254996.2 （一种正多边形钎钢）和张国榉、叶凌云、邹文等人所著《试论我国中空钎钢的几何结构参数》 一文所作的分析，在本公司已有的电加热和天然气加热两条轻重型钎钢生产线的技术基础上，进一步配上7 辊和 9 辊纵轧成型轧机， 以 Q22、Q25、Q28、Q32、Q35、Q38、Q45、Q51、 以至 J60、J68、J76 为主，根据市场需求，逐步研发正七角（Q）、正九角（J）系列钎杆产品，对较大幅度提高我国长钎具的性价比指标和市场竞争力，将会是有益的选择。

3 《田野》加强型Φ76 重型钎钢生产线简介

为适应国内外长钎杆市场加粗、加长的发展趋势， 本公司在总结原有 “电加热-两辊斜轧穿孔-热轧法”钎钢生产线多年生产经验的基础上，为进一步提高钎钢的内外表面质量，特别是消除钎钢中心孔表面的 “螺旋纹”， 以及开发直径≥Φ51 mm、长度≥6 m 的超粗、超长钎杆产品，近期建成了这条重型钎钢生产线。该生产线的轧制工艺流程是：圆钢棒料准备（采用大尺寸方坯连铸连轧大压缩比优质洁净钢棒材， 扒皮进货）→带锯定尺下料→天然气加热（步进式还原气氛加热炉）→3 辊斜轧穿孔→3 辊带芯（限动芯棒）斜轧减径→3 辊空心斜轧减径→10 辊微张力纵轧定径→成品钎钢3 辊矫直机矫直→链式自动翻转冷床空冷→下线切头尾→无损探伤检验→打包、称重、入库。 其主要工序的工作情形见图12、图13、图 14、图 15、图 16、图 17、图 18。 该生产线的主要特点是：

①直径范围扩大。 可生产圆形 D32、D38（39）、D45 （46）、D51 （52）、D60、D68、D76、D89、D108 和六角形 H32、H35、H38、H45、H51 mm 全系列中空钎钢，和部分中厚壁无缝钢管；

②长度范围扩大。 钎钢成品长度≤15 m；

③采用全自动控制天然气步进式加热炉。加热温度精准（±10 ℃），适合粗长坯料倍尺生产，钢坯内外温度均匀， 有利于提高钎钢质量和成材率；

④采用加强型三辊穿孔机。 可穿轧Φ130 mm 以下的钢坯，压缩比值高，钢坯受力变形条件比二辊穿孔机好，钎钢几何参数和内外表面质量均有所改善；

⑤采用二架三辊轧机减轻，实现连轧。 便于调整产品组据，减少单次减径变形量，有效避免了内孔壁螺旋纹的产生；

⑥采用10 架微张力纵轧减径机定径。 每架减径量小，均匀不增壁减径至成品规格，避免了内孔疏松，钎钢壁厚均匀，质地致密，内外表面光洁，外径尺寸精度高；

⑦成品钎钢采用三辊矫直机矫直。直线度能达到≤1 mm/m，能有效消除钎钢端部“鹅头弯”，进一步提高了产品成材率；

⑧本生产线还配有无损探伤设备。 确保钎钢、钎杆无内裂出厂。

4 摩擦焊接技术在钎杆和钎具制造、 修复中的应用前景

图12 天然气加热炉 湖北嘉裕重型钎钢生产线2014.8.12

图13 3 辊斜轧穿孔湖北嘉裕重型钎钢生产线 2014.8.12

图14 3 辊限动芯棒斜轧减径湖北嘉裕重型钎钢生产线 2014.8.12

图15 3 辊斜轧空心减径湖北嘉裕重型钎钢生产线2014.8.12

图16 10 辊微张力纵轧减径湖北嘉裕重型钎钢生产线 2014.8.12

图17 3 辊精整矫直机湖北嘉裕重型钎钢生产线 2014.8.12

1896年美国乔治·莱纳发明了气动凿岩机，源于我国的古老冲击凿岩技术，进入了现代化发展的新阶段。 1953 年，我国引进前苏联技术，在沈阳风动工具厂仿制成功了第一台OM506 型手持式气动凿岩机， 配用了抚顺钢厂生产的T8、T8Cr 高碳钢B22、B25mm 锥体连接钎杆和Φ40～Φ45 mm 苏式一字形硬质合金钎头，硬岩平均寿命都只有30 m 左右。 特别是钎杆， 普遍发生钎柄、钎梢疲劳断裂，而钎杆的中间部分相对完好。经过几十年的发展，现在经过多次更新换代的优质钎杆、钎头，寿命已经大幅度提高，但钎杆的断裂方式，仍然是钎柄和钎梢端附近。 我国从上世纪五十年代开始使用凿岩机以来，矿山以及所有采掘工程部门的技术人员， 都曾想出过各种办法，例如气焊、电焊、低压大电流接触焊等，希望把断掉的钎杆再接起来继续使用。 迄今为止，所有这些努力都归于失败。大量非正常损坏当作废钢回炉的粗长钎杆和小直径钎杆，即便是通常被视为“正常报废”的因螺纹磨损的粗长钎杆，或因钎柄、 钎头部磨损的小直径锥体连接钎杆和整钎， 其实都具有简单修复后继续使用的潜在价值。 摩擦焊接技术的发展，给这一长期未能解决的老大难问题，带来了新的希望。

图18 链式冷床空冷 湖北嘉裕重型钎钢生产线2014.8.12

摩擦焊是一种先进的材料连接技术。摩擦焊接头的形成机制是：两个被焊金属圆形工件体端面，通过相对旋转运动、加压和加热，在摩擦表面上产生塑性变形，表面激活，扩散和再接晶以及“体”的相互作用而形成焊接接头。它是一种固态连接技术，其焊合区为锻造组织，故摩擦焊又称“锻焊”。其特点是：①优质。摩擦焊合区为锻造组织， 能够获得与母材等强乃至超强的焊接接头；②高效。比传统焊接方法快1～100 倍；③节能。焊接功率仅为传统焊接工艺的20%左右；④低耗。不需采用焊条、焊丝、焊剂、电极等辅助焊接材料；⑤清洁。无飞溅、烟雾、弧光、有害气体等对环境的污染。 摩擦焊机的工作原理与接头形成过程，见图19。

图19 连续驱动摩擦焊机的工作原理和接头形成过程的高速摄影（2008.11.17，西安固本）

摩擦焊接作为一种优质、高效、节能、无污染的新型焊接技术，经过30 多年的研究与发展，已成为航空航天、汽车和工程机械、石油天然气和化工业，以及核电设备和输变电业等许多工业部门的重要加工手段。我国是研究应用摩擦焊最早的国家之一，在电力、汽车、切削刀具，工程机械、石油钻探等工业部门， 已有广泛成功应用的先例。

2008 年11 月， 为解决中国神华集团神府-东胜煤田引进的澳大利亚ARO 型四臂锚杆钻车配套使用的 《天隆》Φ22×5-2200、2500 mm 回转式干式吸尘钻杆的钻头脱落问题（该钻杆与钻头连接的六方钻梢， 最低薄壁点的厚度仅有2 mm）， 我们与西安固本固态连接技术研究所合作，直接利用钻梢损坏的Φ22×5-2500 干式吸尘钻杆， 和配用的Φ27 mm 干式吸尘硬质合金钻头，修复成功了使用寿命更长（可由300 m/支增加到 500 m/支） 的带四方尾柄的 H28-Φ22×5-Φ27 mm 干式吸尘硬质合金整体钻杆，见图20。

为使本公司钻车凿岩用重型钎杆，能具备最佳的寿命和性价比指标，在国内外市场拥有更强的市场竞争力，决定应用摩擦焊技术，大力加强新型异质钎杆的研发。根据钎杆不同部位的受力特点和不同的凿岩条件，优选出本公司生产的不同钢种洁净钢轧制的圆形中空钢材。分别制成螺纹钎柄、钎梢和中间杆体。钎柄、钎梢与中间杆体的连接，在摩擦焊机上完成：将加工好焊口的钎柄或钎梢端面（≤200 cm2），与中间杆体端面在同一轴线上固定。按预定程序使钎柄或钎梢高速旋转， 然后将中间杆体端面移向旋转工件端面，逐渐施加轴压力开始加热。达到给定摩擦时间或规定的变形量，即接头加热到焊接温度时，立即停止工件转动。 同时施加更大的轴向力，进行顶锻焊接。 通常全部焊接过程只需十几秒钟。 本项研发的最新任务是： 在重型钎钢生产线投产以后，根据圆形或正多边形杆体厚壁横截面相异钢种端面对接的特定条件，确定旋转速度与顶锻压力的正确组合，考虑摩擦焊机功率大小、飞边等因素进行接头设计，通过试验优化工艺参数，控制焊接质量，确保异质重型钎杆的内在和外观质量达到预期的寿命和性价比目标，并使钎杆达到寿命极限后整体正常磨损失效，或使最终失效部位移至焊接接头之外的中间杆体。

综合上述，随着摩擦焊接技术在我国长钎具（含钻车凿岩钎杆、锥体连接钎杆、硬质合金整体钎子等）制造和使用部门的广泛应用，必将为国家节省大量宝贵的钢铁资源，为企业带来丰厚的经济效益。

图 20 摩擦焊机技术用作 H28-Φ22×5-Φ27mm 干式吸尘硬质合金整体钻杆的制造和修复 （2008.11.17，西安固本）

5 《田野》首批异质钻车凿岩钎杆的工业考核

2009年8 月， 利用现有的本溪钢厂生产的22SiMnCrNi2MoA 钢（仿瑞典焊接钎头用FF-710钢）——这是一种相对廉价的低碳马氏体超高强度合金钢——所轧制的D45 中空钢， 用以加工T45（内）-D45×3660-T45（外）快换钎杆的钎柄和钎梢。与此同时，选用西宁钢厂生产的不含Ni、W元素，价格更低的18Si2MnCrMoA 钢轧制成D45中空钢材，用以制作此快换钎杆的中间杆体。 焊接端面焊口可以有两种形式， 一种车存瘤槽，一种不车存瘤槽。车存瘤槽的焊口如图21 所示。钎杆摩擦焊接在本公司摩擦焊接机上完成。焊接工艺为：一级压力35 千克，一级摩擦时间5 秒；二级压力50 千克，二级摩擦时间10 秒；顶锻压力100 千克，保压时间5 秒。 钎杆其余井炉渗碳-淬火-低温回火等工艺过程， 与均质钎杆常规工艺相同。

2009 年 12 月 9 日至 12 月 21 日，《田野》一组 3 支 T45（内）-D45×3660-T45（外）异质快换钎杆，在云南“昆明-丽江高铁”丽江站施工现场，配合日本古河公司HCR-D5 型单臂露天凿岩钻车，在f=12～14 的石灰岩中穿孔作业，平均使用寿命1246 m/支。 外源断裂部位均集中在距梢端400 mm 以内，并且都远离焊缝，与一般均质钎杆的失效方式一致，其性价比指标则远远优于同类22SiMnCrNi2MoA 钢均质钎杆， 获得了用户充分认可。 因此，可以认为摩擦焊异质钎杆取得了一次投产成功的好成绩。 与此同时，也发现了在钢种、钢质、制造工艺方面，仍存在着继续提升水平的巨大空间。这次工业考核所用钎杆的具体情况和试钻结果，见图22 和表3。

6 结束语

表3 《田野》露天凿岩钻车用T45（内）-D45×3660-T45（外）异质钎杆工业考核表

我国重型钻车凿岩钎杆， 从1991 年在湖北咸宁《华夏》公司问世以来，经过20 多年的经验积累和行业同仁的共同努力， 产品从无到有，从弱到强，质量、品种均获得了迅速发展，已经为包括三峡工程在内的我国各类重点采掘工程和矿山实现钻车凿岩钎杆国产化， 作出了重要贡献。各种钻车凿岩钎杆从替代进口开始，现在已逐步转变为批量出口， 并涌现出了 《田野》、《贵阳》、《三山》、《莲花山》等知名品牌。但是和瑞典Atlas Copco、Sandvik 等国际知名公司相比， 在总体技术和管理水平，综合实力，技术服务和市场占有率方面，还存在很大差距。 我们所从事的采掘工业和凿岩工程，对国家和企业来说，是既重要又艰苦的新兴产业，包含了大量高新技术，前途无限光明。 企业要实现进一步的跨越式发展，关键是企业坚决走“科技兴业，人才强企”的可持续发展之路，下大决心打造百年老店。 有一句话叫做“百年品牌质为本”，还有一句话叫做“人才在哪里，希望在哪里”。 人力资源始终是第一资源，毛主席说过：“在共产党的领导下， 只要有了人，什么人间奇迹都可以创造出来。 ”我们最重要的建议就是：坚决抓住建设海陆两条丝绸之路经济带和全球高铁网的历史机遇，下大力气发现和吸引人才，凝聚人气，加大科技研发投入，“创建一流企业，造就一流人才，做出一流贡献”，为创建中华凿岩机具强国而努力奋斗！

[1]张国榉.高效低耗冲击式凿岩钎具——工业炸药发明后困扰世界采掘工业的百年难题[C]//中国经济技术发展优秀文集（第三卷）（上册），中国文史出版社，2003年 6 月北京第一版：779～783.

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