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金剛石復(fù)合片釬焊技術(shù)詳解

查看：1155 　發(fā)稿日期：2016-01-13 19:50:40

前言

聚晶金剛石PCD 是由金剛石微粉與粘結(jié)劑在高溫高壓條件下燒結(jié)而成的復(fù)合晶體材料，由于PCD 材料具有高硬度、高耐磨性、高彈性模量等顯著優(yōu)點(diǎn)，近年來已成為高檔機(jī)械加工刀具、地質(zhì)及石油鉆頭、石材加工工具、混凝土工具等高耐磨工具的首選材料。但是PCD 的焊接工藝性差，釬焊是目前最常用的焊接方法。PCD 的釬焊主要依靠潤(rùn)濕其中的金屬粉或硬質(zhì)合金基體實(shí)現(xiàn)。但由于PCD 中金剛石允許的加熱溫度受限制(一般不允許超過760-800℃)，所以釬料必須選用銀基釬料，而常規(guī)銀基釬料的耐熱溫度較低、對(duì)金剛石和碳化物的潤(rùn)濕性差，因此PCD 工具在使用過程中的脫焊成為主要失效形式之一，選用高性能的釬料、選擇合理的工藝是提高PCD 釬焊質(zhì)量的關(guān)鍵。

1 釬料的研制

根據(jù)PCD 的釬焊特點(diǎn)釬料，應(yīng)該滿足下列條件：熔化溫度不高于800℃，流鋪性適宜釬料耐高溫400℃以上，適宜通用的感應(yīng)釬焊或火焰釬焊，對(duì)PCD 合金鋼和硬質(zhì)合金的潤(rùn)濕性好。

針對(duì)上述特點(diǎn)，對(duì)常用的銀銅鋅釬料進(jìn)行了分析和選擇，確定在含銀量50 65 的銀基釬料基礎(chǔ)上添加強(qiáng)化元素，以改善釬料性能�？商砑拥脑赜蠧o Ni Mn Si Sn In B Ti Re 等。通過分析這些元素在釬料中的作用，確定Co Ni Mn 作為主要添加元素，提高釬料接頭強(qiáng)度。SiSn In B Ti Re 作為微量添加元素，改善流動(dòng)性、增加潤(rùn)濕性和降低釬料的熔化溫度。根據(jù)以上分析共研制了六種綜合性能較好的合金。

2 釬焊工藝制定

釬縫強(qiáng)度主要取決于以下三個(gè)因素：被連接材料的組織和狀態(tài)、釬料和釬劑、釬焊過程。

2.1 被連接材料的焊前處理

結(jié)合面設(shè)計(jì)：PCD 片的形狀是由使用要求確定的，基體的槽型對(duì)釬焊強(qiáng)度和焊接內(nèi)應(yīng)力影響很大，最基本的設(shè)計(jì)原理是單面焊和最小應(yīng)力焊接。

幾何尺寸校驗(yàn)：最佳的裝配間隙是0.1-0.15 mm，中部間隙應(yīng)不大于四周間隙。

氧化層去除和去油：常用的清除表面氧化層的方法有磨削、噴砂、超聲波清洗和化學(xué)處理等。磨削和噴砂可能帶來焊縫加砂，化學(xué)處理明顯腐蝕硬質(zhì)合金表面的Co，所以化學(xué)處理時(shí)間要嚴(yán)格控制，并用氨水及時(shí)中和殘酸。較理想的工藝是磨削或噴砂配合超聲波清洗，除油污的溶劑有汽油酒精和丙酮。

2.2 釬料和釬劑的預(yù)備

釬料的選擇既要滿足刀具的使用條件又要符合刀片和基體材料的要求。釬料應(yīng)裁剪成比刀片略大一點(diǎn)的相似形狀。當(dāng)?shù)毒呋w選用鋼時(shí)應(yīng)選用0.15-0.20 mm 厚度的釬料；當(dāng)?shù)毒呋w選用硬質(zhì)合金時(shí)，應(yīng)選用0.18-0.25 mm 厚度的釬料。

焊劑經(jīng)常選用普通的QJ102，焊接前將釬劑用去離子水調(diào)成糊狀使用，如果釬劑已經(jīng)吸水結(jié)塊可以用去離子水煮成糊狀。膏狀釬劑和不吸潮釬劑使用更為方便。

2.3 釬焊過程

常用的釬焊方法有感應(yīng)釬焊和火焰釬焊兩種，感應(yīng)釬焊的焊接溫度便于控制、操作技巧便于掌握；火焰釬焊要求用還原性火焰。

釬焊時(shí)，首先加熱涂過釬劑、加過釬料的刀柄，感應(yīng)釬焊時(shí)可用清潔的陶瓷棒壓緊釬料，當(dāng)釬料開始熔化時(shí)加上刀片，當(dāng)釬料自由流動(dòng)后暫停加熱。用陶瓷棒往復(fù)移動(dòng)刀片可以起到排渣和除氣作用，但當(dāng)釬料失去光澤時(shí)焊縫溫度已經(jīng)下降到釬料的液相線，這時(shí)已不宜再移動(dòng)刀坯，靜止-保溫-加壓，直到釬縫變暗為止。

焊后應(yīng)將刀具放在烘箱或石棉箱中緩冷，決不允許將刀具置入水或油中急冷。

焊后應(yīng)及時(shí)清洗過量的釬劑和表面氧化皮。

3 釬料性能試驗(yàn)

六種釬料的性能試驗(yàn)結(jié)果見表1，從表中可以看出BAg611、BAg613 的釬焊溫度最低，流動(dòng)性最好；BAg612 的結(jié)晶間隔較大，可使用厚焊片焊接，適宜于釬焊振動(dòng)條件下工作的刀具。后三種釬料BAg614 BAg615 BAg616 的釬焊溫度較高，但釬料的連接強(qiáng)度較高，尤其是高溫強(qiáng)度高，適宜于釬焊干切工具、粗加工刀具以及在振動(dòng)場(chǎng)合下工作的刀具。

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