文丨胖仔研究社

编辑丨胖仔研究社

前言

随着我国地铁建设的迅猛发展，盾构法隧道施工技术在城市地下空间开发中得到广泛应用。然而，随着地铁隧道施工的快速发展，盾构机也逐渐暴露出一些问题，主要表现为：

施工速度慢、盾构机刀具磨损快、维修费用高、掘进效率低等。目前，国内盾构施工技术水平不断提高，盾构机也在向更大直径方向发展，但目前所使用的盾构机基本上都是国外进口的。

为解决我国地铁建设面临的问题，节约工程造价及加快城市发展，国内各大城市纷纷采用盾构法施工。但由于我国地铁建设起步晚，技术水平较低，所以地铁建设主要依靠进口盾构刀具。

国外盾构刀具生产厂商在盾构刀具上有较高的技术含量，生产的刀具一般都具有高耐磨性、耐腐蚀性、高强度、高韧性等特点，这使得国外盾构刀具在国内地铁建设中的使用寿命较长。

国产盾构刀具生产厂家在技术水平上与国外差距较大，国产盾构刀具的耐磨性不高，不能适应目前地铁建设快速发展的需求，如在地铁隧道内施工过程中，刀具磨损快，更换频繁，严重影响了隧道施工进度。

随着我国经济建设的快速发展和城市化进程的不断加快，城市地下空间开发力度加大，为了避免盾构刀具快速磨损而影响施工进度，急需对国产盾构刀具进行再制造。

钎涂金刚石的基本原理

钎涂金刚石的过程，是利用钎剂将金刚石颗粒牢固地焊在金属基体上。金刚石钎料的选择很重要，它必须具有良好的化学稳定性、耐热性和高温强度，并且对基体材料和被钎料具有良好的润湿性。

在金刚石颗粒表面覆盖一层熔点较高、耐热性较好的金属氧化物作为钎料，然后将金刚石颗粒焊接在基体上。这样，一方面可以防止金刚石颗粒在钎料中相互接触，形成牢固的焊接层；另一方面可以使金刚石与基体之间形成较强的结合强度。

在钎料中加入少量的硬质合金粉或石墨粉作为增强剂，可以改善金刚石与基体之间的结合力，从而使金刚石颗粒更加牢固地焊接在基体上。

钎剂的种类和使用方法也很重要，不同种类的钎剂，对金刚石的润湿性不同，在钎料中加入适量的粘结剂，可以改善金刚石与基体之间的润湿性，从而使金刚石更好地与基体结合。

由于盾构刀具使用环境十分恶劣，往往在刀具使用过程中会产生大量磨损或破损，导致刀具无法正常工作。而采用钎涂方法对盾构刀具进行修复，不仅能节约大量生产成本，还能有效提高盾构刀具的使用寿命。在此基础上，本文进一步对钎涂技术进行了研究和分析。

钎涂技术是指将金刚石颗粒牢固地焊在金属基体上的方法。由于钎料与金刚石之间的润湿性不同，因此钎剂必须满足一定的润湿条件。

目前常用的钎涂方法有浸涂法和涂敷法，其中浸涂法是将金刚石颗粒直接涂抹在金属表面上，然后将金属基体加热到钎料的温度并保温一定时间；涂敷则是在金刚石颗粒表面上覆盖一层金属氧化物，然后加热钎料使其熔化，同时将金刚石颗粒涂抹在基体上。

为了防止金刚石与金属基体的相互接触，钎涂时一般需要使用涂敷法，即先在金刚石表面涂抹一层粘结剂，然后再将其加热到钎料的温度并保温一定时间。

从钎涂原理上看，浸涂法与涂敷法基本相同，都是将金刚石颗粒直接涂抹在金属基体上；而涂敷法则是将金刚石颗粒涂抹在金属表面上，然后再加热钎料使其熔化并与金刚石颗粒反应。

盾构刀具再制造的需求

在城市地下空间开发过程中，盾构技术因其特有的优势和魅力，而被广泛应用于地铁、隧道、矿井等地下工程。

但同时也产生了大量的盾构刀具，由于其设计和制造原因，在使用过程中出现了不同程度的损坏。由于盾构刀具的种类、结构不同，损坏后的再制造也存在较大差异。

目前，盾构刀具主要包括：刀盘切削刀、刀盘滚刀、刀盘辅助滚刀以及管片连接处的铰接滚刀。由于在地铁隧道施工中，刀盘切削刀和滚刀的磨损是普遍存在的现象，盾构刀具再制造主要涉及到两个方面：一是对磨损刀具的修复；二是对新刀具的研制。

对于磨损刀具的修复：由于盾构刀具结构复杂，制造工艺要求高，在施工过程中，经常会出现磨损刀具无法正常使用的情况，因此，盾构刀具需要定期进行更换。

通过对盾构刀具进行检测分析后发现：当盾构刀具与管片连接处出现磨损时，如不能及时进行维修更换，可能会导致管片拼装后出现漏水、漏浆现象。

对于新刀具研制：新刀具是指根据盾构工程的要求，采用先进的技术和方法，研制出来的新刀具。

从国内盾构施工的实际情况来看，由于地质条件复杂，盾构掘进中经常出现刀具损坏、刀盘不转等问题，造成刀盘损坏严重，影响盾构施工效率。

在盾构施工过程中，通过对盾构掘进参数进行控制后，能有效控制掘进速度和施工质量，但在实际施工过程中，由于地质条件复杂多变，经常出现地层复杂、软硬不均、起伏较大等情况，导致施工中掘进速度较慢，影响盾构施工效率。

钎涂金刚石在盾构刀具再制造中的应用

在盾构刀具的再制造过程中，采用钎涂工艺进行刀具修复是目前最主要的方法，它以钎料和工件间的物理、化学作用为基础。

通过高温高压的钎焊方法将工件和基体进行连接，使刀具表面获得一定的强度、硬度和耐磨性，从而达到延长刀具使用寿命和提高刀具工作效率的目的。

钎涂工艺可以分为钎料法和钎涂法两种，前者是指在进行刀具修复时采用与基体完全相同的材料将刀具与基体进行连接，后者是指采用钎涂法对刀具进行修复。

从其工艺过程来看，钎涂工艺可以分为两种，分别是粉末冶金法和金属化合物法，前者是指通过在基体表面用粉末冶金的方法涂覆一层金刚石，后者是指在刀具修复后基体表面通过高温烧结的方法生成金刚石。

由于金刚石和钎料之间的物理和化学作用决定了其在刀具修复过程中的重要作用，所以研究钎涂工艺时通常将其分为两个方面进行研究：一是钎料与基体之间的化学作用；二是基体与刀具之间的物理作用。

在研究钎涂工艺时通常采用化学分析法和物理分析法对两种方法进行研究。

化学分析法是利用各种化学试剂对钎料和基体之间的材料反应情况进行检测，得到材料的组成以及性能参数；

物理分析法则是通过观察试样的微观形貌以及SEM微观照片等方式来检测试样表面特征，通过观察不同条件下所形成的组织和观察其元素成分来对金刚石进行定性判断。

通过对金刚石和基体之间化学作用的研究可以发现，金刚石和基体之间的物理作用主要表现在以下几个方面：

（1）金刚石在高温下具有较大的硬度，可以很好地与基体材料发生粘结反应，因此金刚石可以作为钎料填充在刀具表面；

（2）金刚石本身具有一定的导热性，可以将刀具表面加热至很高温度，从而在工件和金刚石之间产生一层温度梯度，从而提高了钎料与基体之间的接触面积，从而促进了界面之间的结合。

钎涂金刚石技术在盾构刀具刃口修复中的应用

盾构刀具刃口的磨损情况是决定盾构施工能否正常进行的关键因素，其磨损类型一般可分为以下三种：

（1）磨穿型磨损，主要包括刀具刃口磨穿、刀盘扭矩过大造成刀具刀盘损坏成刀盘刀具损坏以及刀盘上的部分刃口磨穿造成刀盘的损坏。

（2）刃口崩碎型磨损，主要包括切削刀具因切削力过大或在隧道内振动过大，导致刀盘刃口崩落。

（3）磨损型磨损，主要包括盾构掘进过程中的施工参数控制不当，如切削速度过快、推力过大等导致的盾构刀盘上的部分刃口磨损。

根据磨损情况不同，可将盾构刀具刃口分为磨穿型和崩碎型两类。

针对磨穿型磨损，通过钎涂金刚石技术对盾构刀具刃口进行修复，可以有效地解决盾构刀具刃口磨损问题。

盾构机掘进施工时，在刀具刃口处会形成一定厚度的刃口，根据刀具刃口的形状和尺寸，采用钎涂金刚石技术对盾构刀具刃口进行修复可以有效地解决盾构刀具刃口崩落问题。

对于磨损严重的盾构刀具，目前一般采用更换新刀具的方法进行修复，而这种方法成本较高，同时还会影响施工进度。

在这种情况下，一种新兴的再制造技术——钎涂金刚石技术被引入到了盾构机刀具刃口修复领域，在不对原有刀具进行大面积刃磨的情况下，利用钎涂金刚石技术对盾构机刀具刃口进行修复，从而达到降低成本、提高效率的目的。

笔者观点

笔者认为，钎涂金刚石技术在盾构刀具再制造中的应用，可以从以下两个方面来看：

通过钎涂金刚石技术将传统刀具刃口修复方法的局限性降低，对刀具刃口进行修复的方法，同时也为盾构机主机厂的刀具刃口修复提供了新的思路。

从盾构刀具再制造行业来看，盾构刀具再制造是一个新兴行业，发展时间较短，虽然已经有了一批相关企业，但整体来看还处于初级阶段，市场上尚无成熟的、具有影响力的盾构机品牌。因此，钎涂金刚石技术在盾构刀具再制造中的应用还处于萌芽阶段。

随着相关技术不断完善与成熟，钎涂金刚石技术在盾构刀具再制造领域将会发挥越来越重要的作用。

参考文献

1.吕勇：盾构刀具再制造技术及应用。《机械工业科技信息》，,27(12)：-。

2.吴秀峰：盾构刀具再制造的发展与思考。《机械工程学报》，,28(05)：-。

3.陈刚：金刚石涂层刀具再制造技术的研究现状与发展趋势。《中国硬质合金》，,43(05)：18-20。

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