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高频钎焊在硬质合金焊接上的应用

文章出处:https://www.zs-haoyu.cn 人气:921 views发表时间:2023-04-19

硬质合金是一种高硬度、高强度的硬质材料,可代替铸铁制造各种工具。硬质合金在切削加工中占有很大的比重,它广泛地应用于各种金属加工领域,尤其是在高温、高切削速度、高冲击负荷的条件下,硬质合金刀具的切削效率和使用寿命大大提高。然而由于硬质合金刀具的制造工艺复杂,加工精度要求高,产品的尺寸精度和表面粗糙度要求较高,所以硬质合金刀具的制造过程中存在许多质量问题,如刀具易粘结、加工效率低等。对硬质合金刀具的制造过程中易粘结、加工效率低等问题进行有效解决是提高刀具产品质量、生产效率的重要途径之一。

钎焊原理

钎焊是指在加热到一定温度的熔化金属钎料(一般为铜基钎料)上,将母材金属或其他材料与其连接起来的工艺。硬质合金刀具的焊接就是将硬质合金刀片与金属工件之间进行焊接,从而保证刀片与工件之间实现可靠连接。

钎焊是目前国内外应用最为广泛的金属连接方法之一,钎焊连接具有质量好、可靠性高、加工制造方便等优点,其广泛应用于航天航空、机械制造、建筑材料等行业。目前钎焊常用的方法有气体保护焊、摩擦焊、激光焊和电子束焊等。

在硬质合金刀具的焊接过程中,钎料和被焊件都需要加热到一定温度,才能保证被焊接件和钎料之间的良好连接。由于硬质合金刀具具有很高的硬度,其导热系数极低,在焊接过程中存在较大的热量损失。所以为避免硬质合金刀具焊接过程中产生热裂纹和变形等问题,需要通过降低被焊件和钎料的温度来降低其热应力,从而保证两者之间的连接可靠。

钎料在焊接过程中通常以液态形式存在,液态钎料可以将被焊件与钎料连接起来,并填充间隙或形成连续焊缝。而加热到一定温度后的液态钎料在被焊件表面熔化并填充间隙或形成连续焊缝。

钎焊材料

钎焊是用熔化的钎料作为中间层,将待焊接的两种或两种以上金属连接起来的工艺方法。硬质合金在钎焊过程中容易出现粘结现象,其主要原因是硬质合金与母材之间存在的成分差异。在钎焊过程中,由于硬质合金表面温度高,工件与母材之间存在较大的温差,这就导致硬质合金与母材之间发生扩散反应,在扩散反应过程中产生大量的气体。由于硬质合金中含有较多的碳、氮等元素,这些元素在高温下极易被氧化,从而使硬质合金与母材之间形成一层氧化膜,阻碍了硬质合金与母材之间的扩散,导致钎焊过程中粘结现象严重。为了解决硬质合金与母材之间存在的粘结现象,通常采用钎焊材料进行钎焊处理。

钎料配方设计

钎料的成分是影响焊接质量的关键因素,也是解决硬质合金刀具粘结、裂纹等问题的重要手段。根据不同的加工工艺及性能要求,应选择不同的钎料。

目前市场上钎料种类繁多,常用的钎料有镍基高温合金、WC-Co类钎料、锆基钎料等。硬质合金钎焊时,由于硬质合金和基体金属的熔点相差较大,且硬质合金在高温下容易发生氧化,因此硬质合金钎焊时应采用低温钎料,一般选择高温抗氧化性好且熔化温度低、流动性好、熔点低的镍基高温合金作为钎料。在硬质合金焊接时,为使硬质合金和基体金属能够较好地进行润湿、铺展和熔化,通常采用钛基钎料作为硬质合金焊接时的钎料。钛基钎料是目前最常用的一种软钎料,具有耐高温、高强度、低热膨胀系数等优点。

钎焊温度与时间

钎焊温度的选择取决于钎焊时硬质合金刀具的工作温度。钎焊温度过高,硬质合金刀具将产生热影响区,使强度下降,但也不能太低,否则将导致强度过低,从而影响焊接质量。通常选择的钎焊温度为(380~400)℃。

在钎焊时间的选择上,对焊接硬质合金刀具来说,应以焊料熔化后有足够的时间能在硬质合金刀具的表面形成一层薄而致密的熔化层为原则。在硬质合金刀具的生产过程中,如果使用高频钎焊焊接刀具时,可以将高频钎焊焊接时间适当缩短。由于钎焊温度过高可能会导致硬质合金刀具产生裂纹或热疲劳破坏等问题。为了避免这种现象发生,一般将钎焊温度控制在(380~400)℃之间为宜。

焊接参数选择

硬质合金焊接的温度主要由焊接电流和焊接速度决定。根据工件大小和形状选择合适的焊接电流。

一般来说,小工件的焊接电流要大些,大工件的焊接电流要小些。硬质合金焊料在高温下不易熔化,因此加热时,加热速度应缓慢。钎焊过程中,要注意钎料温度,尽量保持在400℃~600℃之间。如果钎料温度过低,焊缝会产生气孔;如果钎料温度过高,会造成咬边现象。为了避免焊缝出现咬边现象,一般控制加热温度在450℃~500℃之间。

在硬质合金焊料熔化前,应将工件表面的杂质和油污去除干净。因此,应选择清洁的焊剂来清理工件表面的油污和杂质。

高频钎焊设备与工艺

根据不同硬质合金的性质和焊接特点,通常采用不同的焊接方法,如钎焊、电渣焊等。在钎焊过程中,加热元件与被焊件之间的接触应以紧密接触为好。但由于硬质合金是由高硬度金属材料构成,硬度极高,因此硬质合金一般采用电渣焊、电弧焊等方法进行焊接。

采用高频钎焊的方法焊接硬质合金时,由于加热元件与被焊件之间的接触是不紧密的,因而产生热量要比使用其它加热方式要少得多,因此产生的热应力也较小。硬质合金由于其硬度高、导热性差而使焊接加热过程中温度升高缓慢,因此当温度升高到一定程度时,会因剧烈的温度变化而引起硬度急剧下降,致使被焊接件中产生裂纹。因此使用高频钎焊时应注意以下问题:

结论

采用高频钎焊,通过合理的工艺参数和选择合适的钎料,可获得较好的连接效果,并保证钎缝质量。高频钎焊工艺参数包括:加热温度、保温时间、加热功率、加热速度和钎料配方等。合理的参数设置可以改善焊接过程中的冶金结合程度,消除因缺陷而产生的粘结现象。在实际生产中,可通过改变加热温度、保温时间、加热功率和钎料配方等工艺参数,来达到最佳的焊接效果。此外,通过对硬质合金刀具进行高频钎焊连接,不仅可以提高焊接效率和焊接质量,而且还可大大减少硬质合金刀具的生产成本和周期。因此,高频钎焊技术是解决硬质合金刀具制造过程中易粘结、加工效率低等问题的重要途径之一。

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