硬质合金木工刀具高频焊接钎焊应用研究
admin 添加于 2016-01-13 09:34
硬质合金木工刀具高频焊接钎焊应用研究
20世纪后半期，工件材料的机械性能不断提高，产品的品种和批量逐渐增多，加工精度的要求日益提高，工件的结构和现状不断复杂化和多样化，硬质合金木工刀具在应对这些挑战中发挥了重大作用。而且硬质合金本身也涌现出许多品种，性能不断提高。中国正逐渐成为世界制造业的中心，对硬质合金刀具的需求巨大，预计到2010年国内硬质合金刀具及其材料的年销售规模将迅速增加到300亿人民币以上。随着现代制造技术的发展，对金属切削刀具的性能要求越来越高。高频焊接钎焊硬质合金刀具仍以其结构简单、紧凑、刚性好、使用灵活性较大、适应性强等特性，被应用在精密加工、ＦＭＳ和其他各种金属切削加工中。
硬质合金刀具刀片与刀杆的钎焊常采用高频高频焊接感应钎焊和火焰钎焊。其中高频焊接方法由于具有加热速度快、温度集中、零件变形小等特点，成为硬质合金刀具焊接过程中常用的一种方法。但是，由于硬质合金较脆、韧性不足和可加工性较差，硬质合金刀具的寿命及焊接裂纹问题一直是困扰大多数企业生产的一个重要问题。 本文就从材料、焊接、使用等几个方面对硬质合金刀具的制作及使用进行分析，以图通过对焊接过程各环节的改进和工序细节控制，降低硬质合金刀具的焊接裂纹，提高刀具的使用寿命。
1 焊接设备和材料
1.1 高频焊接钎焊设备 感应钎焊靠感应加热提供热源，通过感应或工作线圈，而不是对工件直接通电，将电能用感应方法传递到工件，并有选择地将待焊零件表面加热到钎焊温度的一种焊接方法。焊接过程使用的设备由高频感应加热设备、高频感应钎焊机械装置及水冷系统和控制系统组成。
1.2 硬质合金刀片 常用的硬质合金有YT5、YT15、YT30、YG3X、YN等。物理性质以其线膨胀系数对焊接性影响较大。线膨胀系数为（4.2～7）×10-6/℃，硬质合金导热系数为0.08～0.21卡/厘米·秒·度，这些都是引起焊接应力的重要原因。
1.3 刀体 硬质合金刀具的常用刀体使用45#、55#、40Cr等材料，其线膨胀系数范围为12.0～14.0×10-6/℃。
1.4 钎料 硬质合金钎焊选用的钎料为HL105焊料。因为HL105钎料具有较好的润湿性和较高的焊缝强度，同时HL105钎料的高温塑性好、钎料形态多样，所以HL105（BCu58ZnMn）钎料是硬质合金工具钎焊的最佳钎焊材料之一。钎料在使用前需要用酒精等擦净。
1.5 钎剂 在钎焊时，如果没有钎剂配合，容易在钎缝结合处形成脆性化合物。所以在钎焊时必须配合钎剂来进行。硬质合金刀具的高频感应钎焊工艺采用的钎剂化学成分为脱水硼砂（50%）、硼酸（35%）和脱水氟化钾（15%）。
2 焊接工艺关键技术
2.1 焊前准备
2.1.1 检查硬质合金刀片上是否有油污等异物存在，远离操作现场。用汽油、酒精或丙酮清洗；逐件检查刀片不得有肉眼可见裂纹、崩刃等缺陷。
2.1.2 对刀体除检查刀槽的形状、尺寸与刀片是否相近外，刀槽处的毛刺等必须彻底清理。
2.2 焊接
2.2.1 钎料、钎剂的涂放 钎料上的钎剂应涂放均匀，焊料应充满焊缝。
2.2.2 刀具与感应器的相对位置 刀具与感应器相对位置的不合理，常常会出现局部过热，从而引起刀片、刀口崩裂，所以必须控制刀具与感应器的相对位置。刀具与感应器的各相对位置尺寸为3～5mm。
2.2.3 感应器 感应器的形状应根据刀具的形状尽量使感应电流平行于焊接平面流动，感应器中刀具的个数应控制为1～2个。
2.2.4 加热 高频焊接钎焊时，钎焊温度及加热速度是影响钎焊焊接质量的主要工艺参数，过高的钎焊温度及过快的加热速度使刀具内部产生很大的内应力，焊后易产生裂纹及崩裂现象。过低的钎焊温度影响到钎焊焊缝的强度，过慢的加热速度引起母材晶粒长大、金属氧化等不良现象。钎焊时钎焊温度作为其主要工艺参数一般应高出钎料融化温度30～50℃。HL105钎料的液相线为909℃，钎焊温度在939℃～959℃最为合适，这时钎料的流动性、渗透性最好。如加温过高，容易引起钎料中的锌蒸发与锰氧化，引起夹渣与接头强度下降等问题；太低则影响钎料的铺展。
2.2.5 操作
①将预焊件放入感应器中，应连续按动开关，使其缓慢加热；
②当加热至940℃左右的钎料像汗珠一样渗出时，应用紫铜加热棒将硬质合金沿槽窝往返移动3～5次，以排除焊缝中的熔渣。熔渣不排除，则形成夹渣，影响焊接质量。采用紫铜棒进行操作的优点，在于它不粘熔剂、焊料和合金，而且它不易感应，可在各种钎焊加热时使用。
③排渣完后，用拨杆将刀片放正，注意刀片与刀槽。
2.3 焊后保温
焊后保温是硬质合金钎焊的一道重要工序，保温的好坏直接影响到焊缝质量。对裂纹倾向较大的硬质合金刀具（YT类），禁止将刚焊好的刀具与水及潮冷的地面接触，也不得用急风吹冷。一般应在石英砂、石棉粉或硅酸铝纤维箱中进行缓冷，刀具在保温箱中应密集叠放，靠大量工件的热量来保温并缓慢冷却。有条件的可采用保温缓冷和低温回火同时进行的方法，即将焊好的刀具立即送入保温箱，在250℃～300℃保温5～6小时后随炉冷却。
2.4 清除焊缝附近的多余熔剂 将焊后已冷却的工件放入沸水中煮30～45分钟，再进行喷砂处理，就可以彻底清除焊缝处多余的熔剂和氧化皮等脏物。在条件允许的情况下，也可以将工件放入酸洗槽中进行酸洗，酸洗后必须经过冷水槽和热水槽相继清洗干净。酸洗时间不宜过长，一般视具体情况在1～4分钟，过长时间的酸洗可能造成焊缝的腐蚀。 2.5 钎焊后的质量检查 检查焊缝处有无气孔，检查被焊工件有无裂纹。对已检查出有缺陷的工件，可重新加热钎焊，但也应尽量减少重焊次数，以免硬质合金因反复加热而影响质量。对于已发生裂纹的工件，应在分析原因后将有裂纹的硬质合金取下，重新钎焊。
3 结束语
经过工程实践，用户反应使用情况良好。在硬质合金刀具高频焊接钎焊中严格按以上工艺施焊，硬质合金刀具的焊接裂纹大大降低，并且刀具寿命得到有效提高。