쉴드 터널링 커터는 터널링 기계를 위한 핵심 지원 도구이며, 그 성능과 사용 수명은 전체 프로젝트의 굴착 효율성을 결정합니다.

카바이드 실드 터널링 커터 일반적으로 세 가지 유형으로 나뉩니다.

1. 연약 토양 커터: 연약 토양, 모래층, 그리고 지층이 느슨하여 롤러 커터로 암석층을 파쇄할 필요가 없는 소립 사암층 굴착에 사용됩니다. 스크레이퍼는 암석 표면만 긁어내고 파쇄하는 데 사용되며, 모든 공구는 초경 절삭날입니다.

2복합 커터: 모래층이나 암석층 등 다양한 지질 구조의 굴착에 사용됩니다. 이 경우 롤러 커터로 암석을 파쇄한 후, 스크레이퍼를 사용하여 두 커터 링 사이의 암석 부분을 긁어냅니다. 암석은 롤러 커터에 의해 이미 압축되고 균열이 발생하여 더 이상 밀도가 낮아지지 않으므로 스크레이퍼로 쉽게 절단할 수 있습니다. 따라서 이 경우 공구는 롤러 커터와 초경 절삭날로 구성됩니다.

3. 경암 커터: 고밀도 순수 암반층 굴착에 사용됩니다. 롤러 커터는 암석을 파쇄하고, 커터가 계속 관통하면서 균열이 서로 연결되어 슬래그를 형성하고, 슬래그는 커터 헤드 표면에서 벗겨집니다. 잔류 암석을 긁어내기 위한 초경 스크레이퍼가 필요 없으므로 초경 공구가 필요하지 않습니다. 슬래그를 모으기 위해 슬래그 배출구에 내마모성 강판 몇 개만 설치하면 됩니다. 따라서 이 경우 공구는 롤러 커터와 내마모성 스크레이퍼 블레이드로 구성됩니다.

카바이드 실드 터널링 커터의 실패 유형

수많은 엔지니어링 실무를 통해, 한계점까지의 정상적인 마모로 인한 공구 파손 비율은 전체 파손 공구 중 약 45%에 불과하다는 것이 밝혀졌습니다. 초경 쉴드 터널링 커터 파손에서 초경 균열 비율은 약 35%, 모든 커터 손상에서 초경 탈락 비율은 약 15%, 그리고 기타 원인으로 인한 공구 파손 비율은 약 5%에 불과합니다.

다음은 카바이드 커터의 일반적인 고장 유형입니다.

 

카바이드 균열

균열은 외부 충격력에 의해 탄화물이 파괴되는 현상을 말합니다. 쉴드 터널링 커터의 균열 발생 원인은 다음과 같습니다.

1. 초경 재종 선택 불량. 내마모성이 높고 인성이 낮은 초경을 고충격 형상에 사용하면 초경 균열이 발생하기 매우 쉽습니다.

2. 용접 공정의 문제. 초경합금과 강재 모재는 구리/은 기반 솔더로 브레이징됩니다. 용접 공정을 잘못 관리하면 초경에 미세 균열이 발생하고, 이후 충격으로 인해 균열이 확산되어 결국 합금 균열로 이어집니다.

3. 용접 열처리가 불량함.

가. 용접 전에 카바이드를 특정 온도까지 가열하지 않고 중주파 유도로 직접 가열하면 용접 과정에서 과도한 열 응력이 발생합니다.

b. 용접 후 템퍼링로에서 용접 커터를 즉시 담금질하지 않으면 합금과 강철 기질이 너무 빨리 냉각되고, 탄화물과 강철 사이의 열팽창 계수 차이로 인해 냉각 과정에서 수축이 일정하지 않게 발생하여 탄화물이 분리됩니다.

c. 지질학적 변형이나 고립된 암석에 부딪혔을 때의 부적절한 쉴드 작동. 쉴드가 작업 중 지질학적 변형, 지층의 불균일한 경도, 또는 고립된 암석에 부딪혔을 때 쉴드 드라이버가 이를 인지하거나 조치를 취하지 않으면 커터가 큰 충격을 받아 초경에 균열이 발생합니다.

 

카바이드 분리

탄화물 박리는 탄화물이 강 모재로부터 완전히 분리되는 현상을 말합니다. 탄화물 박리의 주요 원인은 다음과 같습니다.

초경합금과 강재 모재 사이의 브레이징 공정 불량으로 접합 강도가 부족합니다. 암석이나 토양을 절삭할 때 초경합금과 강재 사이의 용접 이음매가 벌어져 합금이 분리됩니다. 업계에서 인정하는 초경합금-강재 브레이징 접합 강도는 245MPa입니다. 브레이징 강도를 개선해야만 초경합금이 쉽게 분리되는 것을 방지할 수 있습니다.

결론적으로, 쉴드 커터 파손의 일반적인 유형은 커터 균열, 커터 변형, 그리고 과도한 마모의 세 가지 유형입니다. 커터 균열의 주요 원인은 열처리 경도가 너무 높거나 경도 분포가 불균일하기 때문입니다. 커터 변형의 주요 원인은 커터 재질의 부적절한 선택 또는 설계 시 응력 고려 부족입니다. 커터 본체의 과도한 마모의 주요 원인은 커터 재질의 부적절한 선택 또는 내마모성 클래딩 보호 부족입니다.

 

쉴드 터널링 커터의 수명을 개선하는 방법

좋은 카바이드 등급을 선택하세요

쉴드 터널링의 경우, 지질 조건의 변화로 인해 탄화물의 WC 입자 크기가 더 굵어야 합니다. 따라서 일반적으로 사용되는 재종은 코발트 함량이 증가하는 순서대로 YG8C, YG11C, YG13C, YG15C입니다. 이 순서대로 나열하면, 이러한 탄화물의 내마모성은 감소하는 반면 충격 인성은 증가합니다(그림 1 참조).

그림 1

커터 기판 본체의 합리적인 재료 선택을 얻으십시오.

Q345와 Q235는 중국에서 커터 바디 소재로 널리 사용됩니다. 이 두 소재는 합금 원소와 탄소 함량이 낮아 열처리를 통해 재료 경도와 강도를 크게 향상시킬 수 없습니다. 결과적으로 강재 기지의 내마모성과 강도가 상대적으로 낮고 마모, 변형 및 파괴 가능성이 높습니다. 40Cr, 42CrMo, 35CrMo, 40CrNiMo 합금 구조강은 다양한 금속 원소를 함유하여 강재 자체의 담금질성을 향상시키고 열처리 후 강재 기지의 경도를 HRC 38~42로 높인 기지 소재로 사용할 수 있습니다. 또한 내충격성과 피로 강도도 전반적으로 향상됩니다.

 

카바이드 브레이징 공정은 중요합니다

은 기반 브레이징은 실드 터널링 커터 용접에 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 은 기반 브레이징은 저온, 우수한 유동성, 그리고 낮은 용접 응력으로 잘 알려져 있어 초경 가상 용접 현상을 크게 줄여줍니다. 또한, 저온 특성 덕분에 용접 과정에서 초경의 손상이 적고 용접 응력 및 미세 균열 발생 가능성도 낮습니다.

 

내마모성 오버레이 보호

초경합금과 강재 외에도 절삭 공구에는 내마모성 오버레이가 필요합니다. 내마모성 오버레이의 주요 성분은 텅스텐-코발트이며, 아크 또는 플라즈마 용접을 통해 강재 표면에 재용융됩니다. 이를 통해 절삭 공구의 마모를 방지하고 수명을 연장할 수 있습니다.

 

쉴드 터널링 커터의 설계 원리가 중요합니다.

커터 성능은 제조 공정뿐만 아니라 공구 설계와도 밀접한 관련이 있습니다. 설계가 우수하면 절삭 공구의 각 부품 성능을 최대한 활용할 수 있습니다. 공구는 강재 빌릿이 휘어지고 파단되는 문제가 발생할 수 있습니다. 이 문제는 구조를 변경하여 공구 파단 및 굽힘 문제를 해결함으로써 해결되었습니다.

 

터널링 진행 방법의 영향 감소

1. 쉴드 터널링 시 굴착 매개변수 제어에 주의를 기울여야 합니다. 예를 들어, 지질학적 변화가 있는 경우, 지질학적 변화가 공구에 미치는 영향을 줄이고 공구 손상을 방지하기 위해 커터헤드 속도와 쉴드 진행 속도를 줄여야 합니다.

2. 터널링 공정 중에는 적절한 시기에 폼을 주입하고, 슬러리 토양을 개량하여 성능을 향상시키고 마모를 줄여야 합니다. 슬러리 토양의 온도를 모니터링하여 공구 마모를 악화시킬 수 있는 과도한 온도를 방지해야 합니다.

3. 공구 관리를 강화하고, 정기적인 공구 점검 및 교체를 통해 한 공구의 고장으로 인해 인접 공구에 부하가 증가하여 손상률이 높아지는 것을 방지하십시오. 공구 교체 후에는 저속 추력과 저속 테스트 푸싱을 수행하여 공구에 완충 시간을 제공해야 합니다.

 

결론

1 절삭 공구의 수명을 향상시키기 위해서는 한 가지 측면만 개선해서는 의미 있는 결과를 얻기 어렵습니다. 설계, 제조, 적용 등 다양한 측면에서 절삭 공구를 개선해야만 성능을 극대화할 수 있습니다.

2 절삭 공구의 비정상적인 고장 후, 손상 메커니즘에서 시작하여 고장의 근본 원인을 찾으면 목표에 맞는 조치를 취함으로써 좋은 결과를 얻을 수 있습니다.