淺析H25 輕型尾釬桿早期失效的原因及對策

楊云，王仁華

（首鋼貴陽特殊鋼有限責任公司，貴州貴陽550005）

輕型尾釬桿是一端為釬尾釬肩，另一端為螺紋的六角形中空鋼桿體的釬桿（見圖1），常用規(guī)格H25×4.7m，釬尾長159mm、螺紋規(guī)格R32mm，是SJZ 系列型豎井鉆機的主要鑿巖工具，其作用是將鑿巖機的沖擊能傳遞到鉆頭，使鉆頭沖擊破碎巖石而實現(xiàn)鉆鑿炮孔。

圖1 輕型尾釬桿

SJZ6.7 型豎井鉆機是豎井掘進用機械化專用鑿巖設備（見圖2），該機以壓縮空氣為動力，傳動形式采用液壓傳動， 使所有動作實現(xiàn)機械化，其釬桿移位迅速、準確、平穩(wěn)，并配有YGZ70型導軌式獨立回轉鑿巖機，鑿巖效率高，技術參數(shù)如表1。

圖2 SJZ6.7 型豎井傘鉆機

YGZ70 型鑿巖機是以壓縮空氣為動力的鑿巖機具（見圖2），與掘進鉆車或傘形鑿巖吊架配套使用， 用于井巷掘進鉆鑿水平或向下炮孔，鉆孔直徑φ38-φ55毫米，有效鉆孔深度8 米，鉆具可以正反轉。具有轉釬扭矩大，沖擊頻率高，沖擊與回轉各自獨立并分別調節(jié)，對各種巖石的適應性強， 不易卡釬， 同時釬尾采用六角25×159 毫米，增加了釬尾與釬套的接觸面積，有益于提高釬尾與釬套的壽命等特點。操作者在使用中要根據(jù)不同的巖石及排粉情況分別對沖擊功、轉釬速度和軸推力等參數(shù)進行調節(jié)，才能獲得較高的鑿巖速度， 同時也可避免由于操作不當而損壞釬桿、釬頭等。如對于中硬或較軟的巖石，沖擊功可小些，轉釬速度可高些，推力不宜過大，面對堅硬巖石，沖擊功則要大，轉釬速度應低些，推力應大些；在遇有裂隙、溶洞而卡釬時，則要減小沖擊功，加大轉釬速度甚至可以停止沖擊，完全依靠回轉排除卡釬故障；在沖擊部分給氣后沒有起動時，應將操縱閥關閉，待氣管中的余氣排出后，再行啟動。 YGZ70 型鑿巖機參數(shù)如下表2。

圖2 YGZ70 型導軌式鑿巖機

表1 SJZ6.7 型豎井鉆機技術參數(shù)

輕型尾釬桿在鑿巖過程中，不僅要承受沖擊產生的拉壓應力，還要承受旋轉的扭轉應力和彎曲應力等，受力情況復雜，同時由于鑿巖現(xiàn)場空間小、粉塵濃度高、能見度差，因此對輕型尾釬桿的質量要求相對較高。 釬桿的早期非正常失效，它不僅增加施工成本、更為重要的是增加作業(yè)時間、施工難度、勞動強度及安全風險。

輕型尾釬桿作為一種鑿巖工具，也是一種易損件，使用壽命的長短，不僅取決于釬桿的內在質量，而且與使用者的規(guī)范操作、鑿巖機使用參數(shù)合理調節(jié)以及氣壓、 水壓等因素有密切的關系。 通過大量的礦山試驗、現(xiàn)場走訪調查和使用單位的反饋，目前輕型尾釬桿常見的主要失效形式有：尾柄磨圓、尾柄斷裂、釬肩斷裂、桿體斷裂、螺紋斷裂及螺紋早期磨損等，下面就上述失效情況進行分析和探討，以便生產企業(yè)和使用操作者有針對性地加以注意，采取相應措施，確保釬桿充分發(fā)揮其使用效能。

表2 YGZ70 型導軌式鑿巖機參數(shù)

1 尾柄棱角早期磨損磨圓

尾柄棱角早期磨損磨圓，是指輕型尾釬桿尾柄在鑿巖機六方轉動套中非正常的棱角磨圓，釬桿尾柄在鑿巖機轉釬套中打滑，致使釬桿在鑿巖中不能轉動、不能排粉鑿巖的現(xiàn)象，尾柄六棱磨損情況（見圖 3、4）。

1.1 原因分析

（1）釬桿尾柄六角對邊尺寸偏小，導致尾柄與鑿巖機六方轉動套的間隙過大，從而使尾柄的棱角出現(xiàn)早期磨損失效。尾柄六角對邊尺寸和棱角R 尺寸的標準范圍見圖5。

（2） 鑿巖機六方轉動套內六方尺寸偏大，使轉動套與釬桿尾柄的間隙過大而出現(xiàn)尾柄棱角早期磨損失效。鑿巖機尾柄六方轉動套的標準尺寸見圖6。

圖6 鑿巖機轉動套內六方及R 尺寸

1.2 措施和對策

（1）釬桿和鑿巖機轉釬套生產加工企業(yè)應按標準加強釬桿尾柄對邊尺寸和轉釬套內六方尺寸的控制和檢測，確保其尺寸符合標準。

（2）釬桿生產企業(yè)可加長釬桿尾柄淬回火的長度，增加尾柄淬硬長度，提高其耐磨性。

因此，操作者使用中出現(xiàn)尾柄棱角早期磨損磨圓情況， 要根據(jù)上述情況進行初步檢查和判斷，如果是釬桿尾柄尺寸偏差，可通知廠家進行處理；如果是轉動套磨損或尺寸偏差，要及時更換或選用尺寸達標的轉動套。

2 尾柄斷裂

尾柄斷裂是指釬桿在使用過程出現(xiàn)尾柄端面至釬肩后R 處斷裂而導致釬桿失效的現(xiàn)象，如圖 7、圖 8。

圖7 尾柄中部斷裂

圖8 尾柄159 mm（釬肩后R）處斷裂

2.1 原因分析

（1）釬桿該處存在夾雜、偏析、壓痕、折疊、橫向裂紋等中空鋼冶軋缺陷。

（2）尾柄擴孔對邊尺寸偏小、變形不均勻、擴孔中損傷釬桿內壁。

（3） 后R 部位是釬桿斷面積發(fā)生急劇變化的地方， 如果由于模具R 設計不合理或加工不到位，鍛造充填不飽滿等，使R 偏小或過大，導致在該位置形成應力集中或者與鑿巖機六方轉動套配合不良。

（4）釬肩鍛造加熱時，發(fā)生過熱或者過燒現(xiàn)象。

（5）釬肩兩側同軸度偏大，超過1mm。

（6）鑿巖機轉動套的R 尺寸偏小或過大，導致與釬桿釬肩后R 配合不良。

（7）傘鉆機的扶釬器損壞或間隙過大，釬桿使用中擺動大、釬桿產生彎曲。

2.2 措施和對策

（1） 釬桿生產嚴格按標準進行控制，確保釬桿內在質量和外形尺寸符合標準。

（2）使用釬桿的操作者注意鑿巖機轉釬套R尺寸的變化及修磨，確保轉釬套與釬桿尾柄的配合。 同時注意檢查傘鉆機的扶釬器是否完好，有效規(guī)范使用扶釬器，避免釬桿在使用中出現(xiàn)大的擺動和彎曲。

3 釬肩斷裂

釬肩斷裂是指釬桿在使用中出現(xiàn)釬肩部位斷裂而導致釬桿失效的現(xiàn)象， 其斷裂情況見圖9、圖 10。

3.1 原因分析

圖9 釬肩斷裂

圖10 釬肩斷裂

（1）中空鋼存在縮孔、夾雜、偏析等冶軋缺陷。

（2）釬肩模具結構設計不合理或者釬肩鍛造時加熱溫度過低， 導致釬肩中部形成喇叭口缺陷，如圖 11、圖 12。

圖11 釬肩鍛造正常變形

圖12 釬肩鍛造變形不均勻

（3）中空鋼芯孔偏心、橢圓嚴重，釬肩鍛造變形不均勻。

（4）釬肩鍛造加熱溫度過高或者加熱時間太長，導致過熱或者過燒現(xiàn)象發(fā)生。

（5）若尾柄淬回火長度超過釬肩時，其淬火溫度過高或回火不足。

3.2 措施和對策

生產企業(yè)應控制好中空鋼的冶軋質量，合理設計釬肩成型模，確保釬肩變形流線，嚴格控制釬肩鍛造和淬回火溫度及時間，確保釬肩的內在質量。

4 桿體斷裂

桿體斷裂是指釬桿在使用中發(fā)生在釬肩前R 處至螺紋根部之間區(qū)域的斷裂， 見圖13、圖14。

圖13 桿體斷裂

圖14 桿體斷裂

4.1 原因分析

（1）釬桿中空鋼原料存在夾雜、偏析、軋制溫度偏高或過低以及嚴重的偏芯和橢圓等冶軋缺陷。

（2） 在距尾柄端面 180 mm～300 mm 處承受了最大的疊加應力，同時是釬肩鍛造加熱時形成的熱影響區(qū)，由于熱影響區(qū)的存在，導致該區(qū)域釬桿的強度大大降低。

（3）中空鋼表面硬度過高或者過低，導致釬桿的機械性能沒有達到最佳狀態(tài)。

（4）操作者不規(guī)范使用：推進力過大、不正確使用扶釬器，導致釬桿產生彎曲；使用時對釬桿桿體進行敲打，使其表面痕跡形成斷裂的裂紋源等；使用后釬桿出現(xiàn)彎曲變形，沒有進行矯直而繼續(xù)使用等。

4.2 措施和對策

（1）生產企業(yè)嚴格執(zhí)行工藝和檢測，確保釬桿的內在質量。

（2）使用者嚴格遵守鑿巖操作程序，規(guī)范使用釬桿，避免釬桿彎曲和損傷。

5 螺紋斷裂和早期磨損

螺紋斷裂是指釬桿在使用中出現(xiàn)螺紋斷裂而失效的現(xiàn)象，見圖15；螺紋早期磨損是指釬桿在使用過程其螺紋牙不正常的磨損磨平，使其不能與釬頭內螺紋配合帶動釬頭沖擊和旋轉而不能使用的現(xiàn)象，見圖16。

圖15 部分螺紋斷裂

圖16 螺紋磨損

5.1 原因分析

（1）影響螺紋早期斷裂的主要因素有：中空鋼原料存在非金屬夾雜物、成分偏析、軋制溫度過高或過低等內在質量缺陷；制釬時螺紋部鍛造時加熱溫度過高或高溫時間過長，導致組織粗大或低溫鍛造； 螺紋淬火溫度過高或回火保溫不足，硬度偏高等；釬頭螺紋與釬桿螺紋配合不良；使用者在開孔時使用高風壓大氣量和大推進力，長時間空打以及打孔不直等不規(guī)范的使用操作。

（2）影響螺紋早期磨損的因素：釬桿螺紋外徑小、牙淺等尺寸偏差，導致與釬頭螺紋配合不良；螺紋熱處理硬度偏低，降低螺紋的耐磨性；釬頭螺紋內徑大、牙淺等尺寸偏差，導致釬頭與釬桿螺紋配合不良而產生早期磨損；使用者長時間空打，螺紋溫度快速升溫而導致螺紋硬度降低或燒蝕螺紋，使螺紋早期磨損失效。

5.2 措施和對策

（1）釬桿企業(yè)加強工藝的執(zhí)行監(jiān)督，提高螺紋尺寸精度、熱處理質量和按標準生產，確保釬桿與釬頭配合。

（2）釬頭企業(yè)加強工藝的執(zhí)行監(jiān)督，提高釬頭螺紋尺寸精度和按標準生產，確保釬頭與釬桿配合。

（3）使用者規(guī)范操作，加強作業(yè)檢查，釬頭磨損要及時更換，盡量減少長時間空打。

綜上所述，由于釬桿鑿巖過程是一個復雜過程，其受力情況非常復雜，使用環(huán)境惡劣，壽命的長短受鑿巖機功率、氣壓、釬頭與釬桿的配合、巖石硬度變化、使用者是否規(guī)范操作以及操作水平等諸多因素影響，因此釬桿的失效形式、失效的部位是多種多樣的，在出現(xiàn)異常時，要根據(jù)情況進行分析和判斷， 有針對性地進行處理和改進，確保產品質量和規(guī)范操作，使釬桿的能力得到充分的發(fā)揮。

[1]GB/T6481-2002，鑿巖用錐形連接中空六角形釬桿[S].

[2]GB/T6482-2007，鑿巖用螺紋連接釬桿[S].

[3]GB/T 6374-2004，鑿巖機械與氣動工具尾柄和襯套配合尺寸[S].

[4]YGZ70 型鑿巖機使用規(guī)程[Z].