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硬質(zhì)合金含有高含量的碳化物和合金元素,可以焊接,但在焊接過程中容易產(chǎn)生硬化組織和裂紋。必須采取有效的技術(shù)措施以獲得令人滿意的焊接接頭。
目前,生產(chǎn)中常用的硬質(zhì)合金和鋼焊接方法包括氧乙炔火焰焊、真空焊、電弧焊、惰性氣體保護(hù)焊、摩擦焊、等離子弧焊、真空擴(kuò)散焊、電子束焊等。
硬質(zhì)合金和鋼的焊接具有以下特點(diǎn):
① 線性膨脹系數(shù)與焊接裂紋的關(guān)系:硬質(zhì)合金尺寸小,通常固定在較厚的鋼支撐材料上。釬焊是一種將硬質(zhì)合金和母材結(jié)合在一起的有效焊接方法。硬質(zhì)合金的線膨脹系數(shù)(4.1-7.0)×10-6/℃)和普通鋼的線膨脹率(12×10-6℃-1),硬質(zhì)合金僅為鋼的1/3~1/2。加熱時(shí),硬質(zhì)合金和鋼都可以自由膨脹,但冷卻時(shí),鋼的收縮比硬質(zhì)合金大得多。此時(shí),焊接處于壓力下,硬質(zhì)合金表面受到拉伸應(yīng)力。當(dāng)殘余應(yīng)力大于硬質(zhì)合金的抗拉強(qiáng)度時(shí),硬質(zhì)合金表面受到拉伸應(yīng)力。在硬質(zhì)合金釬焊中會(huì)產(chǎn)生裂紋,這是導(dǎo)致裂紋的主要原因之一。
② 硬度與裂紋敏感性的關(guān)系:硬質(zhì)合金的硬度與耐磨性和焊接裂紋敏感性成正比。硬質(zhì)合金的硬度越高,釬焊過程中出現(xiàn)裂紋的可能性越大。此外,通常用于精密加工或超精密加工的硬質(zhì)合金在釬焊過程中容易開裂。
③ 焊接殘余應(yīng)力的影響:焊接區(qū)域的殘余應(yīng)力是一種潛在的危險(xiǎn)。硬質(zhì)合金零件在焊接后可能不會(huì)發(fā)現(xiàn)裂紋,但在隨后的磨削、儲(chǔ)存或使用過程中可能會(huì)出現(xiàn)裂紋,導(dǎo)致刀具報(bào)廢。硬質(zhì)合金釬焊面積越大,焊接殘余應(yīng)力越大,產(chǎn)生裂紋的可能性越大。
焊接硬質(zhì)合金工具時(shí),應(yīng)盡量減少焊接殘余應(yīng)力。焊接過程中,應(yīng)采取措施降低焊接應(yīng)力,降低焊接溫度,焊前預(yù)熱和緩慢冷卻,選擇塑性好的焊料,添加補(bǔ)償墊,改善接頭結(jié)構(gòu)。在焊接大面積硬質(zhì)合金時(shí),無論強(qiáng)度如何,都應(yīng)采取特殊措施來降低焊接應(yīng)力并防止裂紋。
④ 氧化問題:當(dāng)硬質(zhì)合金在空氣中加熱到800℃以上時(shí),硬質(zhì)合金表面開始氧化,形成一層稀有的氧化物層,并伴有脫碳。在950-1100℃加熱時(shí),表層快速氧化形成的氧化膜使硬質(zhì)合金變脆,力學(xué)財(cái)產(chǎn)下降。表面氧化層的存在也降低了焊接的強(qiáng)度和硬度。真空擴(kuò)散焊接過程中采取的措施是減少硬質(zhì)合金焊接件氧化,提高焊接質(zhì)量的重要措施。
硬質(zhì)合金通常用于制造雙金屬結(jié)構(gòu),如工具、儀器、模具、采礦工具和整體工具。切削部分由硬質(zhì)合金制成,基體為碳鋼或低合金鋼,通常為中碳鋼。這些工件在工作時(shí)承受相當(dāng)大的應(yīng)力,特別是壓縮彎曲、沖擊或交變載荷,這需要高的接頭強(qiáng)度和可靠的質(zhì)量。硬質(zhì)合金具有硬度高、耐磨性好的特點(diǎn),但也具有脆性高、韌性差的缺點(diǎn)。
大多數(shù)硬質(zhì)合金刀具通過真空擴(kuò)散焊接方法用于中碳鋼或低合金鋼基體。焊接工藝與硬質(zhì)合金的使用性能密切相關(guān),真空擴(kuò)散焊接性能直接影響硬質(zhì)合金的應(yīng)用效果。