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硬質(zhì)合金木工刀具高頻釬焊應(yīng)用研究

查看：2198 　發(fā)稿日期：2016-01-13 19:24:26

20世紀(jì)后半期，工件材料的機(jī)械性能不斷提高，產(chǎn)品的品種和批量逐漸增多，加工精度的要求日益提高，工件的結(jié)構(gòu)和現(xiàn)狀不斷復(fù)雜化和多樣化，硬質(zhì)合金木工刀具在應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)中發(fā)揮了重大作用。而且硬質(zhì)合金本身也涌現(xiàn)出許多品種，性能不斷提高。中國正逐漸成為世界制造業(yè)的中心，對(duì)硬質(zhì)合金刀具的需求巨大，預(yù)計(jì)到2010年國內(nèi)硬質(zhì)合金刀具及其材料的年銷售規(guī)模將迅速增加到300億人民幣以上。隨著現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展，對(duì)金屬切削刀具的性能要求越來越高。釬焊硬質(zhì)合金刀具仍以其結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、剛性好、使用靈活性較大、適應(yīng)性強(qiáng)等特性，被應(yīng)用在精密加工、ＦＭＳ和其他各種金屬切削加工中。
硬質(zhì)合金刀具刀片與刀桿的釬焊常采用高頻感應(yīng)釬焊和火焰釬焊。其中高頻焊接方法由于具有加熱速度快、溫度集中、零件變形小等特點(diǎn)，成為硬質(zhì)合金刀具焊接過程中常用的一種方法。但是，由于硬質(zhì)合金較脆、韌性不足和可加工性較差，硬質(zhì)合金刀具的壽命及焊接裂紋問題一直是困擾大多數(shù)企業(yè)生產(chǎn)的一個(gè)重要問題。
本文就從材料、焊接、使用等幾個(gè)方面對(duì)硬質(zhì)合金刀具的制作及使用進(jìn)行分析，以圖通過對(duì)焊接過程各環(huán)節(jié)的改進(jìn)和工序細(xì)節(jié)控制，降低硬質(zhì)合金刀具的焊接裂紋，提高刀具的使用壽命。
1 焊接設(shè)備和材料
1.1 高頻釬焊設(shè)備感應(yīng)釬焊靠感應(yīng)加熱提供熱源，通過感應(yīng)或工作線圈，而不是對(duì)工件直接通電，將電能用感應(yīng)方法傳遞到工件，并有選擇地將待焊零件表面加熱到釬焊溫度的一種焊接方法。焊接過程使用的設(shè)備由高頻感應(yīng)加熱設(shè)備、高頻感應(yīng)釬焊機(jī)械裝置及水冷系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。
1.2 硬質(zhì)合金刀片常用的硬質(zhì)合金有YT5、YT15、YT30、YG3X、YN等。物理性質(zhì)以其線膨脹系數(shù)對(duì)焊接性影響較大。線膨脹系數(shù)為（4.2～7）×10-6/℃，硬質(zhì)合金導(dǎo)熱系數(shù)為0.08～0.21卡/厘米·秒·度，這些都是引起焊接應(yīng)力的重要原因。
1.3 刀體硬質(zhì)合金刀具的常用刀體使用45#、55#、40Cr等材料，其線膨脹系數(shù)范圍為12.0～14.0×10-6/℃。
1.4 釬料硬質(zhì)合金釬焊選用的釬料為HL105焊料。因?yàn)镠L105釬料具有較好的潤濕性和較高的焊縫強(qiáng)度，同時(shí)HL105釬料的高溫塑性好、釬料形態(tài)多樣，所以HL105（BCu58ZnMn）釬料是硬質(zhì)合金工具釬焊的最佳釬焊材料之一。釬料在使用前需要用酒精等擦凈。
1.5 釬劑在釬焊時(shí)，如果沒有釬劑配合，容易在釬縫結(jié)合處形成脆性化合物。所以在釬焊時(shí)必須配合釬劑來進(jìn)行。硬質(zhì)合金刀具的高頻感應(yīng)釬焊工藝采用的釬劑化學(xué)成分為脫水硼砂（50%）、硼酸（35%）和脫水氟化鉀（15%）。
2 焊接工藝關(guān)鍵技術(shù)
2.1 焊前準(zhǔn)備
2.1.1 檢查硬質(zhì)合金刀片上是否有油污等異物存在，遠(yuǎn)離操作現(xiàn)場。用汽油、酒精或丙酮清洗；逐件檢查刀片不得有肉眼可見裂紋、崩刃等缺陷。
2.1.2 對(duì)刀體除檢查刀槽的形狀、尺寸與刀片是否相近外，刀槽處的毛刺等必須徹底清理。
2.2 焊接
2.2.1 釬料、釬劑的涂放釬料上的釬劑應(yīng)涂放均勻，焊料應(yīng)充滿焊縫。
2.2.2 刀具與感應(yīng)器的相對(duì)位置刀具與感應(yīng)器相對(duì)位置的不合理，常常會(huì)出現(xiàn)局部過熱，從而引起刀片、刀口崩裂，所以必須控制刀具與感應(yīng)器的相對(duì)位置。刀具與感應(yīng)器的各相對(duì)位置尺寸為3～5mm。
2.2.3 感應(yīng)器感應(yīng)器的形狀應(yīng)根據(jù)刀具的形狀盡量使感應(yīng)電流平行于焊接平面流動(dòng)，感應(yīng)器中刀具的個(gè)數(shù)應(yīng)控制為1～2個(gè)。
2.2.4 加熱高頻釬焊時(shí)，釬焊溫度及加熱速度是影響釬焊焊接質(zhì)量的主要工藝參數(shù)，過高的釬焊溫度及過快的加熱速度使刀具內(nèi)部產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，焊后易產(chǎn)生裂紋及崩裂現(xiàn)象。過低的釬焊溫度影響到釬焊焊縫的強(qiáng)度，過慢的加熱速度引起母材晶粒長大、金屬氧化等不良現(xiàn)象。釬焊時(shí)釬焊溫度作為其主要工藝參數(shù)一般應(yīng)高出釬料融化溫度30～50℃。HL105釬料的液相線為909℃，釬焊溫度在939℃～959℃最為合適，這時(shí)釬料的流動(dòng)性、滲透性最好。如加溫過高，容易引起釬料中的鋅蒸發(fā)與錳氧化，引起夾渣與接頭強(qiáng)度下降等問題；太低則影響釬料的鋪展。
2.2.5 操作 ①將預(yù)焊件放入感應(yīng)器中，應(yīng)連續(xù)按動(dòng)開關(guān)，使其緩慢加熱；②當(dāng)加熱至940℃左右的釬料像汗珠一樣滲出時(shí)，應(yīng)用紫銅加熱棒將硬質(zhì)合金沿槽窩往返移動(dòng)3～5次，以排除焊縫中的熔渣。熔渣不排除，則形成夾渣，影響焊接質(zhì)量。采用紫銅棒進(jìn)行操作的優(yōu)點(diǎn)，在于它不粘熔劑、焊料和合金，而且它不易感應(yīng)，可在各種釬焊加熱時(shí)使用。③排渣完后，用撥桿將刀片放正，注意刀片與刀槽。
2.3 焊后保溫焊后保溫是硬質(zhì)合金釬焊的一道重要工序，保溫的好壞直接影響到焊縫質(zhì)量。對(duì)裂紋傾向較大的硬質(zhì)合金刀具（YT類），禁止將剛焊好的刀具與水及潮冷的地面接觸，也不得用急風(fēng)吹冷。一般應(yīng)在石英砂、石棉粉或硅酸鋁纖維箱中進(jìn)行緩冷，刀具在保溫箱中應(yīng)密集疊放，靠大量工件的熱量來保溫并緩慢冷卻。有條件的可采用保溫緩冷和低溫回火同時(shí)進(jìn)行的方法，即將焊好的刀具立即送入保溫箱，在250℃～300℃保溫5～6小時(shí)后隨爐冷卻。
2.4 清除焊縫附近的多余熔劑將焊后已冷卻的工件放入沸水中煮30～45分鐘，再進(jìn)行噴砂處理，就可以徹底清除焊縫處多余的熔劑和氧化皮等臟物。在條件允許的情況下，也可以將工件放入酸洗槽中進(jìn)行酸洗，酸洗后必須經(jīng)過冷水槽和熱水槽相繼清洗干凈。酸洗時(shí)間不宜過長，一般視具體情況在1～4分鐘，過長時(shí)間的酸洗可能造成焊縫的腐蝕。
2.5 釬焊后的質(zhì)量檢查檢查焊縫處有無氣孔，檢查被焊工件有無裂紋。對(duì)已檢查出有缺陷的工件，可重新加熱釬焊，但也應(yīng)盡量減少重焊次數(shù)，以免硬質(zhì)合金因反復(fù)加熱而影響質(zhì)量。對(duì)于已發(fā)生裂紋的工件，應(yīng)在分析原因后將有裂紋的硬質(zhì)合金取下，重新釬焊。
3 結(jié)束語
經(jīng)過工程實(shí)踐，用戶反應(yīng)使用情況良好。在硬質(zhì)合金刀具高頻釬焊中嚴(yán)格按以上工藝施焊，硬質(zhì)合金刀具的焊接裂紋大大降低，并且刀具壽命得到有效提高。

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