1、再论我国小直径钎具的锥体连接张国榉 张汉斌中 国 地 质 大 学 （ 武 汉 ） 掘 进 工 程 研 究 所2008 年 10 月 27 日井岗山第 十 四 届 全 国 钎钢 钎 具 年 会 论 文- 1 -再论我国小直径钎具的锥体连接张国榉 张汉斌（中国地质大学武汉掘 进工程研究所）内容摘要：我国年耗一字、三刃、十字、球齿、复合型系列锥体连接钎头约 5000 万支，年耗 锥体连接钎杆约 8 万吨。由于采用旧式 锥体连接的苏式老一字形钎头的传统影响，使 许多钎具生产厂和采掘部门，持续半个多世纪对钎头锥 孔和钎梢的工作与受力状况存在着误解，因而 对国内科研部门早在 1980 年就正式提出以新型锥
2、体连接为特征的钎头、钎杆研究成果，以及以瑞典、日本产品为代表的先进锥体连接技术， 长期视而不见。人们总是依据旧习惯，提出一些想当然的 “理由”，企图一点一滴地把新事物拖回原来的轨道。 他们未能科学、严肃地对待国际标准（ ISO1718-1974、1991）关于钎头锥孔和钎 梢小端直径极限偏差值、 钎梢插入深度、孔底直壁间隙区、以及锥孔深度的严格规定，使国产小钎头长 期高度偏矮、 锥孔 7锥 面到底、孔深偏浅、钎梢偏短，致使钎梢插深不足，梢孔之间不能形成全面均衡接触（ 钎梢端面在锥孔锥面之内），梢孔表面接触 应力过高， 钎梢工作形成严重的前紧后松的“钻牛角尖”现象，由此造成频繁的断梢、断腰和 裤
3、体胀裂与钎头丢失事故，工人劳动条件恶化，浪费触目惊心。这也人为地降低了本具优势的我国小钎头在国际钎具市场的形象，削弱了它的竞争能力。现在，我们应当在新的认识高度基础上幡然弃旧图新， 认真引用国内外先进钎具科研成果，一 丝不苟地积极创造条件，严格贯彻执行最新的 钎头、 钎杆国家标准（GB6480、GB6481）和国际标 准（ISO1718-1991），以进一步提高我国锥体连接钎具的社会、 经济效益，并为加速其现代化步伐和大批量 进入国际市场而奋斗。关键词：旧式锥体连接 新型锥体连接 梢端直径 孔底直壁间隙 钎梢插深 锻制钎梢、机制钎梢1落后、过时的苏式老一字形钎头我国锥体连接小直径钎头的历史，是
4、从上世纪五十年代初进口苏联钎头和引进苏联技术开始的。当时采用 B25 高碳钢钎杆，钎头外形尺寸为钎头直径高度裤体外径=466238，锥孔尺寸为孔口直径锥角孔深=25732，镶 BK-15 旧式一字形合金片。其外貌和几何参数，见图 1。图 1 苏式老一字形钎头外貌及几何参数（引自前苏联采矿手册1952 年莫斯科第一版；1954年重工业出版社北京第一版）该钎头高 62mm，锥孔口直径 25mm，孔深32mm，锥角 7，锥面直达孔底。所用 B25 钎杆钎梢小端直径 22mm，钎梢插深25mm。除材质、制造工艺、使用技术均较落后之外，其主要的几何缺陷有四：锥孔太浅，孔底无直壁间隙区：使钎梢和裤壁受力恶
5、化；相对翼厚值太小：固片不牢，炮眼不圆，几何形状稳定性差；排粉系统不良：大小端径差值小，排粉通道不畅，钻速慢，磨损快，易出现倒锥和圆柱化变形；旧式合金片几何参数不合理：刃弧半径和片高过大，易发生崩刃掉角，且合金有效利用率低。其综合结果是：钻速慢、寿命短、钢材与合金浪费严重。通常其硬岩寿命只有 30m 左右，常以胀裤、裂裤、断腰、倒锥、圆柱化变形和脱碎片等方式早期报废。2风靡世界的瑞典、日本钎头上世纪六十至七十年代，B22 合金钢钎杆逐步取代 B25 高碳钢钎杆而居于主导地位。瑞典、- 2 -日本、芬兰和西欧国家的小直径片状系列锥体连接钎头，也以其几何结构参数比较合理、材质优良、制造工艺先进和使
6、用方法正确而风靡世界。以瑞典 Sandvik、Secoroc，日本三菱 、 东洋、 古河 、 东芝 ，西欧Boart ，芬兰 Kometa等著名钎具公司为代表，其产品牢牢地控制着国际钎具市场，详见图 2。图 2 国际钎具市场流行的瑞典、日本、芬兰片状系列小直径锥体连接钎头外貌这些钎头直径为 3642mm，平均高度76.6mm（一 字 形 75.8； 十 字 形 77） ， 平 均 锥 孔 深 度53mm， 平 均 裤 体 外 径 32mm（ 22 锥 孔 为31.75; 25 锥孔为 32.5 ） 。其几何结构参数的显著特点之一，是普遍采用了带直壁的深锥孔，使钎梢插入深度达到了 3447mm，
7、又保证了钎梢与锥孔全锥面均衡接触，从而既降低了钎梢与锥孔表面的接触应力，又消除了钎梢工作时因出现“钻牛角尖”现象引起的前紧后松，和梢端局部应力集中。这种新型锥体连接参数，使看起来更为细长的钎梢，确更加经久耐用。因为此时钎梢通过锥孔壁传递的凿岩机活塞的冲击力，在更大的梢孔接触面上被均匀分布了，钎梢与锥孔壁的弹塑性变形也相应减小，冲击能的有效利用率提高，纯钻速将有所增加。此外，细长钎梢还使梢孔之间的同轴度改善，连接可靠，拆卸方便（普遍使用卸钎器拆卸钎头） ，并能在提高钎头腰部裤壁厚度的同时，进一步降低了钎头裤体直径。总之，新型锥体连接参数总结了国内外半个多世纪的实践经验，能有效地提高钎头的穿孔速度
8、，延长钎杆和钎头的使用寿命，改善工人的劳动条件，增进采掘作业的社会、经济效益。国际标准 ISO1718-1991 规定的钎梢和锥孔连接参数，见图 3。- 3 -图 3 锥体连接钎梢和锥孔的几何参数（引自国际标准 ISO1718-1991）经验表明：锥角 愈小，胀裤力将增加，连接可靠而拆卸较难；锥角 愈大，胀裤力减小，连 接 松 弛 而 拆 卸 较 易 。 通 常 小 功 率 凿 岩 机 多 采用 7或更小的一些的锥角；岩石较硬，凿岩机功率较大或钻车凿岩，多采用 12锥角。瑞典的经验还表明：为了更好改善钎梢与锥孔的连接质量，提高钎头锥孔的外观质量和防腐蚀能力，他们在对钎头锥孔壁喷涂锌、铝等软金属
9、涂层的同时，还以+9的偏差值，用精磨方法加工钎梢。在精心设计、精心制作和正确使用条件下，瑞典小直径锥体连接十字形钎头在斯德哥尔摩花岗岩中的保证寿命，可达 150m 以上；而日本、芬兰一字形钎头的硬岩保证寿命，也可达 100m以上。它们的穿孔速度也是一流的，正常报废残留刃高可降至 8mm 以下。“感觉到的东西，我们不一定理解它。只有理解了的东西，才能更深刻地感觉它。 ”瑞典、日本钎头能以其一流的内在质量、外观质量、包装质量和高昂价格风靡世界，皆源于一丝不苟的科学态度和对技术精益求精。对此，我们应当如芒在背，及早猛醒。3新型锥体连接的梢孔受力分析新型锥体连接钎梢和锥孔的工作与受力状态，如图 4 所
10、示。图 4 新型锥体连接钎梢与锥孔的受力和工作状态由于裤体钢材为塑性材料，按第三强度理论，裤口内壁危险点的近似计算应力:)(264.03231rrHKaQctgr 式中：Q钎刃承受的冲击力（N）锥孔锥角（4.8,7,12）ar 裤体半径（mm）r2梢端半径（mm）r3 孔口半径（mm）H 钎梢插入锥孔深度（mm ） )2()m(22atgK1动载系数。考虑冲击载荷的影响，其值可取 23。K2载荷加大系数。考虑钎梢楔入时和工作中裤壁承受的预应力，以及操作中附加外载的影响，可通过静力卸钎试验测定，其值可取1.21.4。K3钎梢与裤壁接触紧密程度系数。加工精细，锥孔壁加有紫铜皮衬垫或喷涂有软金属涂层
11、的钎头， K3 值最大可达 1.0。r 循环特征下的交变载荷许用应力（MPa） 。可根据裤体钢材静载许用应力 +1对称循环许用应力 -1和循环待性 r 值计算确定。（1）式可以定性地说明：胀裤或裂裤的发生，首先涉及到岩性、凿岩设备、风压、轴推力等，这属于合理选择钎头，使之与工作条件相适应的问题，实质上是钎头品种的系列化问题；其次，涉及到破岩效率（纯钻速高低） 、裤体几何结构（钎梢插深、锥孔角度、裤壁厚度） 、钎头体钢材的强度，这是由钎头几何参数、材质和制造工艺所决定的钎头本身的质量问题；最后，也涉及到钎梢与锥孔的配合精度、钎梢与孔壁之间的密合程度、装卸钎头的方式、合理的钎头修磨规范、凿岩工技术
12、熟练程度等，这属于使用技术方面的问题。显然，当其他因素固定时，钎头高度不够，锥孔偏浅，锥孔底几何结构不合理，钎梢插深 H 值过小，是导致胀裤、裂裤、断腰、断梢的重要原因。41980 年以来我国小直径锥体连接钎头的四次技术突破(MPa) (1) (1)- 4 -应当说，我国钎具科技界对旧式锥体连接苏式老一字钎头在质量、品种方面的落后状况，早在上世纪六十年代就已注意到了。为此，在几何结构参数、材质、制造工艺、使用技术四个方面，进行了长期的综合研究，取得了突出的成绩。1978 年科学春天到来之后，在“淘汰老一字钎头，消灭手锤卸钎”的口号下，1980 年地质部组织了“新型硬质合金钎头及使用技术的研究”
13、项目鉴定会，提供了三种新型一字形钎头、两种新型十字型钎头和 DY-I 型滑锤式卸钎器产品，其使用效果达到了同类瑞典、日本产品水平，取得了我国片状系列锥体连接小直径钎头现代化事业的第一次技术突破。现已遍及全国的新型马蹄一字形钎头，即以此为起点。图 5、图 6，反映了七十年代末我国新型小直径钎头就已达到的水平：一字形钎头硬岩寿命过 100m；十字形钎头硬岩寿命大于 150m。这一指标，已经稳定地达到七十年代末瑞典 Secoroc 公司在技术座谈中提出的保证寿命水平。 1984 年，地矿部召开了“沉底式感应钎焊小直径球齿及三刃形钎头的研究”项目鉴定会。会议文件提供了我国首创的32、34、36、38、
14、40、42、45、48mm 三、四、五、六、七齿全系列沉底式感应钎焊固齿锥体连接小直径球齿钎头（中国专利号：ZL85102269.3）和 32、 34、 36、 38、 40、 42、 45mm实芯结构三刃 形 钎 头 。 在 f=1214 的 花 岗 岩 中 ： 40 四 、 五 齿 球 齿 钎 头 平 均 不 磨 寿 命 大 于80m； 40 三 刃 形 钎 头 全 磨 次 平 均 寿 命 大 于120m。 “沉 底 式 感 应 钎 焊 固 齿 工 艺 ”的 突 破 ， 使 我国 小 直 径 球 齿 钎 头 在 直 径 系 列 、 品 种 、 固 齿 牢 度 、综 合 效 益 等 方 面
15、， 超 过 了 瑞 典 同 类 产 品 ， 受 到 了 外商 的 赞 誉 和 国 内 同 行 的 普 遍 欢 迎 。 迄 今 为 止 ， 我 国小 直 径 球 齿 钎 头 80%以 上 皆 采 用 此 种 工 艺 。 五 岭 、 金 龙 、 成 探 、 开 宇 、 金 箭 、 国 松 等 众多 牌 号 小 直 径 球 齿 钎 头 ， 在 国 内 外 均 打 出 了 好 成 绩 。 40 五 齿 和 三 刃 形 钎 头 的 工 作 情 况 ， 见 图 7、 图8。图 5 三种新型一字形钎头的工作情况（1979 年 12 月，湖南安化）（说明：在 f=1214 的花岗岩中，平均寿命 101（m）/
16、12.2 次，最高达到 120140m，合金片中部平均残留刃高在 8mm以下）5图 6 新型十字（ I）型、十字（）型钎头的工作情况（1979 年，湖南安化）（说明：在 f=1214 的花岗岩中，十字（I）型钎头：平均寿命 184.07m/12 次，最高 231.7m，平均残留刃高 7.53mm；十字（）型钎头：平均寿命 211.65（m）/15 次，最高 240.91m，平均残留刃高 7.00mm。 ）图 7 40 三刃形钎头的工作情况（1981 年 12 月，湖北刘元铜矿）（说明：在 f=1214 的中细粒花岗岩中：寿命 202m/12次） ，残留刃高 5.1mm）1987 年，地矿部主持
17、的“极坚韧岩石用中小直径特重型型钎头”鉴定会，在中国地质大学（武汉）召开。研究报告中包含有两种锥体连接的小直径一字和三刃形特重型钎头。该系列钎头是针对单轴抗压强度 D 300MPa 的极坚韧矿岩而设计的，为此专门研制了坚韧耐磨的 K610型凿岩合金，并在我国冲击凿岩领域首次使用了热等静压烧结技术。该钎头在全国闻名、世界罕见的单轴抗压强度高达 463MPa 的四川泸沽铁矿极坚韧富铁矿石中，首次实现了直径、刃高正常工作报废，平均寿命达 15m 以上，超过攻关指标两倍。其与瑞典、日本钎头的工作情况对比，见图 9。该系列钎头的研制成功，使我国锥体连接钎头的质量水平，攀上了一个新的高峰。只是现在，我们才
18、可以说：世界上的任何岩石，我们都能比较有把握图 8 沉底式感应钎焊固齿 40 五齿钎头的工作情况（1981 年 8 月，河南小秦岭金矿）（说明：在 f=1014 的中粗粒花岗岩中：平均不磨寿命217.4m，工作正常）地对付。1996 年以来，在综合研究刃片和球齿系列钎头各自优缺点的基础上，中国地质大学（武汉）研发成功新一代硬质合金复合片齿型系列钎头（中国专利号：ZL96203054.6） ，并于 1997 年列为国家重点新产品，2002 年纳入国家钎头标准GB/T6480-2002 。该系列钎头兼有刃片与球齿钎头的优点，刃齿受力状态好，破岩效率高，重磨周期长，几何形状稳定，合金有效利用率高，残
19、留刃齿可全部回收利用，其性价比指标比同直径刃片和球齿钎头有大幅提升，现已批量进入市场，正逐步为众多采掘部门所欢迎。图 10（下幅）所示，是国松 牌 40-3P1C 复 合 钎 头 在 大 冶铁 矿 的 工 作 情 况 。上述锥体连接钎头的四次技术突破，在钎头- 6 -几何结构参数设计方面，均采用了带直壁孔底的图 9 极坚韧岩石用 40 特重型马蹄一字形钎头与瑞典、日本 38、44 十字形钎头工作情况比较（1985 年 4 月1987 年 1 月，四川泸沽铁矿）（说明：在该矿 1 号矿体 208 穿脉右帮同一地点，极坚韧富铁矿石单轴抗压强度 463MPa，用 7655 型风钻打眼：中国特重型 4
20、0 一字钎头平均寿命 15.5m/8.33 次；瑞典 38 十字钎头平均寿命 0.64m/1 次；日本三菱44 十字形钎头寿命 1.75m/1 次。四川省冶金厅小钎头寿命攻关指标为 5m） 。图 10 国松40-3P1C （楔）复合钎头 的 工 作 情 况（ 2004 年 8 月 18 日 ， 湖 北 大 冶 铁 矿 ）（说明：在 f=1214 的磁铁矿石中用 7655 型气动凿岩机打眼：未完平均寿命已达 136.9m/4.5 次，平均残留刃高10.7mm，工作正常可续用。其全磨次寿命可达 250mm 左右，为该矿原用马蹄一字形钎头工业统计寿命的 3 倍。而其价格仅为一字形钎头的 1.31.5
21、 倍，可有效降低凿岩成本，改善工人作业条件，并减少砂轮消耗和降低钎头重磨费用。凿岩工反映：“复合钎头好开眼，钻速快，寿命长，值得大力推广使用” 。图 10 上幅照片，为原中国地质大学飞龙钎具厂供给湖南水口山、柿竹园矿的飞龙42-4P1C 复合钎头；图 10 中幅照片，为武汉国松钎具公司 2008 年 2 月供给遵义锰矿的国松牌42-3P1C 复合钎头。该矿从 1998 年至 今 ， 已 将 “复 合 钎头 被 我 矿 列 为 首 选 进 货 商 品 ”。 ）深锥孔；钎头高度为 7076mm；锥孔深度为4750mm；钎梢插深 3336mm；227钎头裤体直径为 32 +0.333 +0.3mm。
22、5.1964 年以来，我国锥体连接钎杆的现代化发展我国解放后从上世纪五十年代初开始，由抚顺钢铁公司最早采用有缝普钢毛管“铸管法” ，生产 T8、T8Cr 钢 B22、B25 高碳钢钎杆，供OM-506、01-30、YT-25 、YT-30 等气动凿岩机使用。B22 钎杆寿命不足 30m，B25 钎杆寿命也仅3050m。1964 年，抚顺钢铁公司与北京地质学院、长沙矿山研究院合作，试制成我国首批55Si2Mo（仿苏） 、95CrMo（仿瑞典） 、30CrMnMo（仿美）B22、B25 “铸管法”合金钢钎杆，在河北寿王坟铜矿进行了近半年的井下工业试验。在 f=1012 的硅质灰岩和花岗岩中，用 Y
23、T-30 型风钻打眼：两组不同工艺 T8 高碳钢B22 钎杆平均寿命 23.1m/支； 4 组不同工艺- 7 -55Si2MoB22 钎杆平均寿命 38.3m/支；两组不同工艺 95CrMo 钢 B22 钎杆平均寿命 75.1m/支；两组不同工艺 30CrMnMo 钢 B22 钎杆平均寿命35.8m/支。与此同时，两端调质的 55Si2Mo 钢B25 钎杆，平均寿命 132.0m/支；钎柄油淬的 T8钢 B25 钎杆，平均寿命 54.0m/支。1965 年 7 月，由长沙矿山研究院、北京地质学院、寿王坟铜矿提交了高强度合金钎钢生产试验报告 ；1965年 9 月，由北京地质学院起草了高强度合金钎
24、钢的试验研究总结报告 ，并受抚顺钢铁公司委托，起草了我国第一份包含有ZKT8、ZK55Si2Mo、ZK95CrMo 等 3 个钢号，和 B19、B22 、B25 、B28、B32 六角与D28、D32、D38 圆形等 8 个系列钎钢产品的凿岩用中空钎钢使用说明书 。以上技术文件于 1965 年 9 月同时上报冶金工业部和地质部，以及抚顺钢铁公司、长沙矿山研究院、北京地质学院、寿王坟铜矿领导。报告提出了推广使用95CrMo、55Si2Mo 钢替代 T8 钢钎杆的具体意见，并“建议领导部门组织有关生产、研究、使用等专业力量进一步研究建立符合我国资源、技术条件的，我国自己的钎钢体系” 。从此拉 开
25、了 我 国 以合 金 钢 钎 杆 更 新 碳 素 钢 钎 杆 的 序 幕 。1966 年，冶金部组织了以北京钢铁研究院翁宇庆同志为首，包含有徐曙光、董鑫业等同志参加的“冶金工业部钎钢技术工作队” 。经过19661967 年的紧张工作，试炼了 7 个钢种，采用了 4 种轧（拔）制工艺，在寿王坟铜矿对 D32接杆钎杆进行了 30 组 351 根的凿岩试验；对B22 六角钎杆进行了 11 组 69 根的凿岩试验。40MnMoV 钢 D32 钎杆平均寿命稳定在 300m/根左右；35SiMnMoV 钢 B22 锥体连接钎杆平均寿命达到了 114.8m/根的新水平（见 1967 年 1 月冶金工业部钎钢
26、技术工作队钎钢试验阶段总结 ） 。此项工作一直延续到 1969 年。 “文革”后期，在原钎钢工作队的工作基础上，1972 年冶金工业部成立了包括北京钢铁研究院、贵阳钢厂、新抚钢厂、广东工学院等单位组成的“冶金系统钎钢技术协作组” ，继续进行第二代 Si-Mn-Mo 系合金钢钎杆钢种、冶轧、制钎工艺的试验、筛选与应用推广工作。1975 年 1 月，出版了钎钢译丛5卷；1980 年 4 月，以钎钢一书为标志，完成了以 55SiMnMo、35SiMnMoV 、40MnMoV 合金钢合金毛管“铸管法”B22、 B25 钎杆，更新原用 T8、 T8Cr 钢 B22、B25 高碳钢钎杆的换代工作。1982
27、 年 5 月，冶金工业部组织了湖南涟源钢厂完成的热穿孔-热拔法中空钎钢轧制工艺 的技术鉴定。该工艺的优点是省去了芯材制备和抽芯工序，工艺流程比较简单。所产ZK55SiMnMoB22、B25 钎钢中心孔比较圆正，成材率高，生产成本较低。此后，湖南涟源钢厂、新抚钢厂一直长期沿用此工艺生产B19、B22、B25 六角钎杆。其不足之处，是钎钢中心孔壁的螺旋纹与拉拔张力对钎杆的使用寿命有不利影响。1985 年 11 月，冶金工业部组织了贵阳钢厂完成的高精度优质钎钢生产工艺的技术鉴定。为解决合金毛管“铸管法”钎钢心孔不圆、压缩比不足、品种规格不全的缺陷，并进一步生产质量、品种达到国际先进水平的“钻孔-带芯
28、热轧法”钎钢作好了技术准备。但因种种原因，这项技术改造当年未能继续完成。1988 年 6 月，由中国地质大学（武汉） 、湖北咸宁矿山机械厂、中南工业大学粉末冶金厂、湖南涟源钢厂、武汉铜材厂共同发起，成立了我国钎钢钎具行业第一家股份制企业湖北华夏凿岩机具股份有限公司，由张国榉研究员出任董事长兼代理总工程师，叶凌云高工担任法人总经理。为解决将于 1994 年开始大规模土石方开挖工程的三峡工程钻车凿岩重型钎具国产化难题，经过 5 年的艰苦努力，1993 年 12 月，由湖北省科委组织了华夏公司完成的凿岩钎杆用中空钢热穿- 热轧法生产工艺及生产线 的技术鉴定。该生产线可生产H19、H22、H25、H2
29、8、H32 、H35 、D32、D38、D45、D51mm 六角和圆形全系列中空钎钢。所产青龙牌 18CrNi3MoV 钢 R38-H355525-R32 隧道钻车钎杆，以及 T45（内） 、T51（内）-D45、D513660-45（外） 、T51（外）露天钻车快换钎杆，花岗岩寿命达到 12001500m/支，接近了进口的瑞典 Sandvik 公司同类产品水平，但价格约为进口产品的 1/3，很快逼使进口产品退出了三峡工程、小浪底电站、溪洛渡电站等国家重点工程。由于逐步应用“超级钢”冶轧技术，采用优质连铸连轧钢坏料提高了钢质标准和钎钢压缩比指标，制钎工艺采用了整体正火与抛丸强化，所产青龙牌“热
30、穿-热轧法”ZK55SiMnMoH22mm 锥体连接钎杆，花岗岩使用寿命可稳定在 100m/支以上，性价比指标也有大幅提升。但因该生产线产量有限，长期以来均一直以生产大直径重型钎杆为主。- 8 -1991 年 11 月，由中国地质大学（武汉） ，大冶钢厂、中科院金属研究所承担的“新型高强度优质钎钢的研制”项目，先后纳入了湖北省和地矿部科研计划。经过与北京钢研总院、 华夏公司、涟源钢厂、贵阳钢厂、长江工具厂等单位通力合作，针对55SiMnMo、95CrMo、40SiMnCrNiMo 钢种，集中对锥体连接钎杆和整钎用量最大的 H22mm 中空钎钢，进行了钢种成分、冶炼方法、轧制工艺、制钎工艺的多方
31、案对比筛选。前后历时 6 年，通过 12 炉、7 轮、数十批次的新品试制、检测与现场工业考核，所产飞龙牌“热穿-热轧法” 、“钻孔法”H 22ZK40SiMnCrNiMo 钢 锥 体 连 接钎 杆 ， 和40-4P1C、3P1C 复合形整钎（经井炉整体亚温正火处理） ，在 f=1214（单轴抗压强度 D = 150200MPa）的花岗岩中，平均寿命稳定在 150m/支以上，受到了湖北、湖南、河南、山东、山 西 等 众 多 金 属 、 煤 炭 矿 山 的 普 遍 欢 迎 。 1994 年 10月 ， 以 我 国 第 三 代 B22ZK40SiMnCrNiMoA 新型钎杆问世和新型高强度优质钎钢钢
32、种40SiMnCrNiMoA两篇论文为标志，为我国H19、H22、H25mm 等小直径锥体连接杆和整钎新 的 升 级 换 代 ， 奠 定 了 坚 实 的 技 术 基 础 。 图 11 所 示 ，是 飞 龙 H22ZK40SiMnCrNiMoA4 1-4P1C 复 合形 整 钎 ， 和 H22108-2100-187锥 体 连 接 钎 杆在 湖 南 柿 竹 园 铅 锌 矿 的 工 作 情 况 。1999 年 底 ， 为 解 决 “热 穿 -热 拔 法 ”H19、 H22、 H25 钎 钢 心 孔 壁 的 螺 旋 线 微 裂 纹 问 题 ，新 抚 钢 厂 创 造 了 一 种 新 的 “浮 动 芯
33、棒 ”拉 拔 技 术 ，将 原 来 的 “热 穿 -热 拔 法 ”工 艺 ， 改 造 成 了 新 的 “热 穿 -带 芯 热 拔 法 ”工 艺 。 所 产 抚 新 牌H19、 H22、 H25ZK555iMnMo 锥 体 连 接 钎 杆 ， 质量 与 性 价比指标有较大幅度提高 。 尤 其 在 我 国 东北 地 区 ， 拥 有 很 高 的 市 场 覆 盖 率 。2004 年以来，湖北田野钎钢钎具集团和有关专家，针对我国轻重型钎杆质量与性价比指标的进一步升级，提出了实现 H22mm 锥体连钎杆硬岩寿命 300m，H35、D45、D51mm 钻车凿岩钎杆硬岩寿命 3000m 的攻关指标。为达到此目
34、的，明确地提出了充分应用现代“超级钢”冶 炼 技 术 ，分图 11 飞 龙 “钻 孔 法 ”ZK40SiMnCrNiMoA 41-4P1C-H22 复 合 形 整 钎 和 H22108-2100- 187锥 体 连接 钎 杆 的 工 作 情 况 （ 1997 年 8 月 ， 柿 竹 园 矿 ）（说明：在 f=1216 的坚硬矽卡岩中，用 7655 和南京-90型凿岩机打眼，复合整钎未完寿命 126.4m/4 磨次；1#钎杆寿命 164.5m，钎肩前内疲劳断裂报废；2#钎杆未完寿命 124.1m，被工人私藏终止试验） 。不 同 档 次 ， 全 面 采 用 抗 拉 强 度 b 达到 1500MPa
35、级以上，具有“超纯” 、 “超细” 、 “窄带”特征的连铸连轧合金钢坯料。例如H19、H22、H25、H28 等轻型六角钎钢用55SiMnMo、40SiMnCrNiMo，以及H32、D32、H35、D38、D45 、D51 、D60、D68、D70 等重型钎钢用35SiMnMoV、20Si2Mn2CrMoV、18CrNi3MoV、23Cr2Ni2W、23Cr2Ni2WMoV 钢，并为此提出了全新的钎钢钢质标准。现在， 贵阳 、 三占 、三山牌“钻孔法”钎钢， 田野牌“热穿-带芯热轧法”钎钢， 抚新牌“热穿-带芯热拔法”钎钢，都正以不断的技术创新，加速向着这一体现世界前沿水平的目标迈进。6淘汰
36、H22、H25 锥体连接钎杆锻制钎梢工艺图 12 所 示 ，是 YB2003-78 规定的 B227、B257旧式锥体连接钎杆的外貌。七十年代末，我国凿岩用锥体连接钎杆，已进入用B22ZK55SiMnMo 合金钢钎杆取代 H25 高碳钢钎钢 的 时 期 ， 而 当 时 全 国 钎 头 生 产 厂 和 采 掘 部 门，仍然是 24732 旧式锥体连接的苏式老一字形钎头的一统天下。合理的作法应当是改变钎头 锥 孔 设 计 ， 采 用 227锥 孔 ， 来 配 合H227钎梢。由于历史的局限，YB2003-78 采用了把 H22 钎杆钎梢镦粗来配合 247锥孔的办法。这种一开始就是削足适履的落后办法
37、，- 9 -不但与国际标准 ISO1718-1974、ISO1718-1991 抵触，也与凿岩用中空六角形钎杆的国家标准GB6481-86、GB6481-94、GB6481-2002 的主导条款相抵触。这种锻制钎梢已统治我国采掘工业30 年，相沿成习，现在仍占全国成品钎杆产量的80%以上。锻制钎梢的主要缺点有四： 几何尺寸精度和表面糙度低，不能满足现代锥体连接的配合需要，不能实现钎梢与锥孔的正确连接。而这一要求，是延长钎杆和钎头使用寿命、提高冲击凿岩能量传递效率所绝对必须的；人为的使锥体连接钎头锥孔口和裤体直径加大了 2mm，亦即使钎头直径允许的径向磨损值减少了2mm。这使按炸药包直径与起爆方
38、法确定合理直径的锥体连接钎头的理论寿命，约降低3050%。这导致钎头消耗量的剧增和严重的浪费；妨碍卸钎器的推广使用，不能实现钎头的正确拆卸，也不能保证钎头的及时重磨。众所周知，从 1980 年正式开始推广使用 DY-I 型卸钎器拆卸钎头以来，时间已经很快过去了 28 年，在锻制钎梢普遍泛滥的我国采掘工业部门， “推广新型锥体连接钎头，消灭手锤砸打卸钎”的口号，仍基本上是一句空话。由此造成钎头钎杆早期丢失、损坏与合金、钢材的严重浪费，对凿岩工人和国家都是沉重的负担。在技术、资源、劳务、价格方面本具优势的我国锥体连接小直径钎头，也因这种普遍的粗制滥造和野蛮使用，导致采掘成本增加，价格提不起来，质量
39、每况愈下；外销方面，也因这种整体制造使用水平低下，而难以在国际市场树立形象；锻制钎梢破坏了钎杆金相组织的整体均匀性，对钎杆寿命有不利影响。经过控轧、控冷的合金钎钢，杆体表面硬度可控制在HRc3040 之间，精车或精磨的机加工钎梢，可以直接使用。锻制钎梢即使采用中频感应加热，也难准确控制加热温度在 1150C 以内，难免引起梢端表面氧化、脱碳。锻后的钎梢各厂均未再作处理，仍保留着高温锻造和冷热界面处的不利金相组织。凿岩过程中，沿着钎杆长度方向，最大拉压应力分布两端大，中间小。通常梢端应力又比柄端稍高，尤其当钎头磨钝、梢孔连接不好、下向干式凿岩时，梢端应力会急剧增大，这时锻制钎梢或钎梢互近的杆体，
40、更易发生早期断裂。有人认为锻制的粗短钎梢不易折断，但实际上断梢只发生在锥孔里面或孔口处，孔外的钎梢再粗也没有作用。如果钎头直径增加、凿岩机冲击功加大，允许和需要使用 24、25mm 锥孔，那就应当按照国际通用的系列化目标，直接选用H25 钎杆，而不应用 H22 钎杆去镦粗钎梢。国内外大量实践证明，这种情况下，只镦粗钎梢不能解决问题。22、25 锥孔分别适用于H22、H25 钎杆的总体规律，是经过国内外同行反复证明了的，并且已纳入国际标准和国家标准，不应当因循局部的旧习惯而改变。例如，1991 年山西大同某花岗岩采石场的经验，证明了新型锥体连接的细长钎梢，使用效果明显优于旧式锥体连接的粗短钎梢。
41、该采石场向下干式打眼：用日本 38 斜假刃一字形钎头（锥孔口 226，孔底 18，孔深 50，带紫铜皮衬垫） ，配日本 SKC11（ 95CrMo）钢 H22 锥体连接钎杆（钎梢规格 186） ，钎梢小端插入锥孔直壁界面，钎梢插深 38.2mm，因梢孔壁受力均匀，钎钢和钎头钢体材质也较好，虽然裤口壁厚只有 4mm，但从未发生断梢和钎裤胀裂；相反，原用国产铸管法 55SiMnMoH22 锻制钎梢的“大脑袋”锥体连接钎杆（钎梢规格197） ，配 22.5745 锥孔的 40 钎头，钎梢插深为 28.6mm，钎梢虽较粗壮，却因出现前紧后松的“钻牛角尖”现象，在钎梢端部78mm 处频繁发生钎梢断裂。1
42、0图 12 YB2003-78 规定的 H227、H257锥体连接钎杆外貌（说明：该钎杆是为七十年代苏式老一字钎头 24327旧式锥体连接参数而设计的，在当时就与国际标准ISO1718-1974 抵触。这种削足适履的办法，现在已严重阻碍着我国锥体连接钎具的技术进步，它使钎头直径允许径向磨损值，人为地减少 2mm，又妨碍卸钎器的推广，导致钎头钎杆严重浪费，应当尽速淘汰。 ）人们还常有这样的经验：钎梢端面停留在锥孔锥面之内的旧式锥体连接，当工作时间较长，梢端紧紧夹在钎头锥孔顶部（钎头钢体材质好，锥孔底壁不出现台阶） ，此时虽未发生断梢，但用手锤或卸钎器卸钎头时，梢端约 10mm 处也常常会突然断裂
43、。有时，粗短钎梢还导致钎头早期脱落或早期裤体损坏，这时钎梢虽然未断，但也必定同时损坏无疑。锻制钎梢还常发生梢端水孔闭塞，大批量生产难于质量达标。总之，H22、H25 钎杆锻制的粗短钎梢，是在我国计划经济年代特定历史条件下的畸形产物，在理论上、实践上都是站不住脚的，世界上也没有先例。它已经严重地阻碍着我国锥体连接钎具的技术进步，人为地给生产和使用部门造成混乱，每天都在给国家带来损失，应当尽速予以淘汰。近两年来，贵阳特钢公司正决心不断增加GB6481-2002中 187机制钎梢的 H22mm成品钎杆产量，这是加速国产锥体连接钎杆现代化的重大措施之一。现在，我们反过来要提醒众多生产小直径锥体连接钎头
44、的企业，必须及时跟上这一改革步伐，生产符合国标要求的227锥孔的钎头，并努力为采掘部门配备DY-型卸钎器，这将是一件利国利己的大事。7锥体连接钎具合理的使用技术为了充分发挥锥体连接钎头和钎杆的使用寿命潜力，必须采用合理的使用技术规范，并配备相应的辅助机具。除合理的凿岩工资职与凿岩机操作规范外，最重要的使用技术包括三点：正确连接。在合格的机制钎梢与锥孔基础上，确保钎梢杆插入深度直达锥孔的直壁界面。为保证梢孔使用过程中全锥面均匀紧密接触，锥孔内建议热喷涂锌铝软金属涂层，并使钎梢的锥角比钎头锥孔锥角大 9。例如，H22 钎 杆 配 227锥 孔 钎 头 的 梢 端 尺 寸 为 18709 ，从而可以
45、彻底消除前紧后松的“钻牛角尖”现象，以防止断梢发生；正确拆卸。坚持使用 DY-I 型卸钎器拆卸钎头，严禁过去习惯的手锤砸打卸钎。多年的经验证明，该卸钎器比日、德、英、芬兰、瑞典等各国卸钎器产品先进实用。本文中历次工业考核所提交的钎头残体照片，均无例外地全部使用 DY-I 型卸钎器拆卸钎头；合理修磨。适当地“勤磨少修” ，禁止打钝钎头。应使合金钎刃边沿 5mm 处磨钝刃宽 钝 2.53mm。可以选用中软的粒度 4660 目绿色碳化硅成型砂轮湿磨。根据岩性变化 ， 需 要 选 择 不 同 的 钎 头 刃 角 时 ，可 按 表 1、 表 2 提供的修磨参数实施。相应配置的辅助机具，见图 13。钎头生
46、产企业和需大量修磨钎头的采掘工业部门，可直接向砂轮厂定购成型砂轮。如果采掘现场无专用成型砂轮修磨机，也可 配 用 有 经 验 的 专 职 修 磨 工 ， 利 用 普 通 平 砂 轮机 单 刃 修 磨 。 也 可 用 金 刚 笔 或 废 钎 头 ， 把 砂 轮打 磨 成 相 应 锥 角 （ ） 的 成 型 砂 轮 后 手 工 修 磨 。表 1 三刃形和 3P1C 复合钎头修磨参数三刃分度角（）120所需刃角（） 90 100 105 110砂轮锥角（） 139 143 145 147进刀仰角（） 41 36 34 31表 2 十字和 4P1C 复合钎头修磨参数四刃分度角（）90所需刃角（） 90
47、 100 105 110砂轮锥角（） 120 123 129 132进刀仰角（） 35 33 29 268坚持走质量效益型的路，为我国锥体连接钎具大批量走出国门而奋斗综上所述，我国小直径锥体连接钎具，经过改革开放“三十年生聚” ，已经取得了技术上的长足进步。严格按照科研成果精心制造的产品，已不断获得外商好评。我国在资源、劳务、价格方面拥有的优势，更是瑞典、日本同行所不能比拟的。只要我们幡然猛省，采取断然措施，在内在、外观、包装、服务质量方面狠下功夫，具有中国特色的优质刃片、球齿、复合型系列锥体连接钎头和钎杆，以及正应运而生的小直径硬质合金整体钎子，必能在国际钎具市场异军突起。这也是解决国内小钎
48、头市场饱和、迫使部分企业以偷工减料的劣质产品进行恶性价格竞争的主要出- 11 -路。这里，有远见的企业应当坚持走质量效益型的路，那怕忍着暂时的阵痛，也要在几何结构参数、材质、制造工艺、使用技术方面，进行新的技术投入。尊重科学，尊重人才，在技术上精益求精，企业才能实现财源茂盛，进入质量、效益的良性循环。图 14 所示，是锥孔经过热喷涂处理的 40mm金龙 、 飞龙牌新型钎头，与旧式锥体连接的老一字钎头和瑞典、芬兰小直径钎头的外形比较。应当说精心制作的国内名牌钎头，不但能给我国采掘工业带来良好的社会经济效益，也必定能在国际竞争中显现出新的活力。相反，从偷工减料，在技术上倒退，就无异钦鸩止渴。图 15 所示，是产品质量倒退的例子。现在还在生产旧式锥体连接老一字形钎头或劣质、低价矮马蹄形钎头的钎具厂，终将陷入生产愈多、亏损愈多、给国家造成损失越大的尴尬局面。国内外锥体连接小钎头消耗量很大，我们在这方面的技术又最为成熟，所需新的资金和技术投入不多。因此，以优质锥体连接小钎头大量供应国内外市场，将是我们为国家作出新贡献的重要领域。为此目的，我们认为有下述 10 件比较紧迫的事，必须立即动手去做：严格参照 IS
