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超硬刀具真空焊接工藝

責任編輯:艾科迅小編 發布日期:2021-08-12 09:50:56
一、引言
超硬刀具主要是指以金剛石或立方氮化硼為材料制作的刀具,目前使用的較多的材料有:單晶金剛石、PCD聚晶金剛石、整體CBN、PCBN復合片這四類。
超硬刀具真空焊接即指在真空的狀態下加熱完成超硬刀具基體與刀頭之間釬焊動作。與火焰釬焊,高頻感應釬焊一樣,真空焊接的最終目的也是讓熔融的焊料在毛細吸管的作用下,均勻的流動到焊縫的各個部位從而達到最佳焊接效果。所以針對適宜真空焊接的超硬刀具產品選取合適的焊料、進行適當的焊前處理、采用正確的焊接工藝才能充分利用真空焊接的優點,確保超硬刀具產品性能的發揮。

超硬刀具.jpg


二、適宜真空焊接的超硬刀具產品
真空焊接由于需要將刀具產品放置到真空環境中加熱,整個爐膛都會達到焊接溫度,所以需要真空焊接的刀具產品尺寸不能太大,必須能放進爐膛。同時刀具材料(基體加刀片)必須承受焊接過程的溫度變化而自身性能不發生改變。刀具生產廠家都追求高的生產效率,因此可見:真空焊接工藝尤其適合大批量生產的尺寸較小且能整體受熱的超硬刀具系列(見圖1),不適合尺寸較大或者僅能接受局部加熱的超硬刀具產品的焊接加工。

                      圖1 小尺寸的單頭或多頭超硬刀具系列

三、 超硬刀具真空焊接釬料選取
常見的的超硬刀具原材料有:①單晶金剛石;②PCD聚晶金剛石;③整體CBN;④PCBN復合片。它們對焊料的選取有著各自的要求:
(1)②④都含有一層硬質合金襯墊,采用常規的釬料都可以進行焊接(即目前廣泛使用的銀焊、銅焊);

(2)①③屬于非金屬材料,需要使用活性釬料才能將其焊接到刀體上(一般金屬基釬料只能連結金屬與金屬,而活性釬料既能進行金屬對金屬的焊接,還能實現金屬對非金屬材料的焊接加工,見圖3、圖4);

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圖3 一般焊料,合金與合金之間連結緊密,CBN與合金之間無焊料填充

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圖4 活性焊料,合金與合金之間連結緊密,CBN層與合金之間也連結良好             (3)①②都具有金剛石的特性,在高溫下會出現石墨化,所以真空焊接溫度需要控制在700℃左右.

(4)而③④制作的CBN刀具加工淬硬鋼時刀尖溫度極高,為防止焊接面松動,需要采用高溫焊料.

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鑒于超硬刀具材料的自身特性,對于真空焊接而言,至少需要選取兩種焊料才能滿足全部的需求,即一種低溫的活性焊料,用于單晶金剛石與PCD刀具的焊接加工;另一種高溫活性焊料,用于整體CBN與PCBN刀具的焊接加工。第一種低溫活性焊料雖然是可以焊接所有超硬刀具,但是對于CBN刀具,建議還是采用高溫焊料,這樣CBN刀具產品在高溫下的穩定性會大大增加。

四、焊前的準備工作(入爐前)
釬焊的強度是由多方面的因素共同決定的,為了獲得良好的釬焊焊縫,需要控制一些可能影響焊接質量的細節。相對于常規焊接而言,真空焊接對準備工作的要求更嚴格一些。表1列出一些主要影響因素。
表110.jpg

只有在每個細節都得到保證的情況下,才可能獲得最佳的焊接效果,某一項的缺失或保證不到位容易讓焊接的穩定性大大降低。

五、真空焊接工藝(爐中)
一旦準備工作完畢,將刀具產品放入真空爐,后續的生產完全由加熱工藝控制。對于真空焊接加熱工藝曲線的設定主要由爐膛尺寸、溫度場分布、所選取的焊料的固相線、液相線,裝爐量,焊縫尺寸等共同制約,基本工藝大致如圖5所示。

11.jpg

                                                 圖5
表2

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六、結語
采用真空焊接工藝可以有效的排除空氣對超硬刀具的影響,刀具外觀良好。爐中加熱溫度均勻,產品變形小,刀具不容易產生裂紋。在工藝穩定的情況下,每爐的產品都有相同品質,尤其適合小尺寸超硬刀具的大批量生產。

參考文獻:
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