CN104772542B - Wc颗粒原位增强的硬质合金与钢的超声波钎焊方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种WC颗粒原位增强的硬质合金与钢的超声波钎焊方法，用于对薄片硬质合金与钢的高质量钎焊。按以下步骤进行：a、钎焊前用对待连接的表面进行打磨，并用丙酮对打磨后的表面进行清洗；b、钎焊前将Ag基钎料箔片置于硬质合金与钢之间；c、对待焊的硬质合金及钢施加超声振动；d、钎焊过程采用可炉中或高频感应加热等钎焊中常见的热源方式，钎焊温度为730～850℃；e、超声振动结束后，自然冷却获得的WC陶瓷颗粒增强的焊缝。本发明方法利用超声波的扰动作用，在钎料溶解硬质合金中的Co基体后，使无Co基体粘结的WC颗粒迁移至钎缝中，形成WC颗粒增强的钎缝，从而大幅度提高接头的力学性能。本发明利用超声空化作用去除硬质合金与钢表面的氧化膜，不需要采用钎剂，在大气下即可施焊，工艺简单，环保且焊接效率高，适合工程应用。

Description

WC颗粒原位增强的硬质合金与钢的超声波钎焊方法
技术领域
本发明涉及一种硬质合金与钢的钎焊工艺，具体涉及一种WC颗粒原位增强的硬质合金与钢的超声波钎焊方法。
背景技术
近年来，随着我国交通运输工业的飞速发展，使得大型捣固工程机械的应用日益广泛。而硬质合金是捣固工具产品最主要的组成部分之一。我国的硬质合金工具整体水平与国外差距较大，其中硬质合金工具的焊接技术已经成为限制其发展的关键技术。
硬质合金工具焊接的最主要问题有以下几个，一是钎料对硬质合金中的WC陶瓷颗粒的润湿性差，导致界面连接强度低。二是硬质合金工具焊接时多采用Ag基钎料进行焊接，钎缝硬度小，与母材性能差异过大。目前已有的专利中，诸如专利(申请号CN 101972904A)公布了一种活性高温钎料对硬质合金进行钎焊。专利(申请号200810045993.9)公布了一种利用钎焊技术实现硬质合金刀具连接的方法及采用的钎剂。然而对于硬质合金大型捣固器械等领域的应用仍有几个突出的问题：
1.常用的方法多对钎料的成分进行改进从而改善钎料对硬质合金的润湿性，然而钎料制备过程复杂，制备工艺及设备要求较高，生产周期长，不具备通用性。
2.目前的方法无法解决硬质合金与钢的钎缝硬度过低的问题。同时对于承受大冲击载荷的应用领域，目前的接头强度及结构远远不能满足高质量长寿命的要求。
3.目前的钎焊方法大多采用钎剂钎焊的方法实现硬质合金工具的焊接，钎剂反应时释放有毒气体不利于环保，且残留钎剂将降低接头的力学性能及腐蚀性能。
发明内容
本发明是为了解决硬质合金捣固工具焊接接头强度较低、耐冲击载荷能力差、润湿性差、专用钎料制备复杂、钎焊工艺复杂等问题，提供一种用于硬质合金捣固工具焊接的WC颗粒原位增强的新的超声波钎焊方法。
本发明解决其技术问题，所采用的技术方案是：
WC颗粒原位增强的硬质合金与钢的超声波钎焊方法，用于硬质合金与钢的高强度连接，其钎焊过程按照以下步骤进行：a、钎焊前对待连接的表面进行打磨，并用丙酮对打磨后的表面进行清洗；b、钎焊前将Ag基钎料箔片置于硬质合金与钢之间；c、对待焊的硬质合金及钢施加超声振动，其中超声波频率18～25kHz，振幅4～20μm，超声头位于硬质合金表面或钢表面；施加超声时间0.1s-10min，移动超声头使整个连接面的钎料都实现填缝；d、钎焊过程采用可炉中或高频感应加热等钎焊中常见的热源方式，钎焊温度为730～850℃；e、超声振动结束后，试件自然冷却，获得钎缝组织中有钎缝增强作用的WC陶瓷颗粒的焊接成品。
所采用的硬质合金及钢母材中，至少一种母材的厚度在2～5mm之间。
所述的Ag基钎料为Ag-Cu-Zn-Mn-Ni钎料，其液相线范围在700-800℃之间，钎料箔片厚度在50～200μm之间。
所述超声施加既可以在硬质合金上，也可以施加在钢上，施加超声的母材要求厚度在5mm以下。
超声施加时间在60s～10min之间，利用超声波的空化作用去除硬质合金及钢表面的氧化膜，在此过程中不需采用钎剂或其他保护气氛，钎焊过程在大气中进行。
可以采用炉中或感应加热等多种加热方式，最佳钎焊温度为730℃～800℃之间。
实施超声波钎焊过程中，硬质合金母材中的WC颗粒将在超声波作用下从硬质合金中迁移至钎缝中，焊后形成WC陶瓷颗粒增强的钎缝，并达到增强接头力学性能的目的。
采用本发明方法，具有的突出优点是：
(1)本发明方法利用超声波空化作用时产生的高温高压作用，在母材表面形成局部活性区域，从而增强普通商用钎料对硬质合金的润湿性，无需特别制备专用活性钎料，即可实现界面的良好结合。
(2)本发明利用超声波的扰动作用，在钎料溶解硬质合金中的Co基体后，使无Co基体粘结的WC颗粒迁移至钎缝中，形成WC颗粒增强的钎缝，从而大幅度提高接头的力学性能。上述硬质合金的主要成分为YG系列的硬质合金，其主要成分为Co基WC硬质合金。
(3)本发明中利用超声波空化作用去除硬质合金及钢表面的氧化膜，无需采用钎剂或保护气氛，在大气中即可实现硬质合金与钢的高质量钎焊，接头的室温抗剪强度可达390MPa以上，且钎焊工艺简单，成本低，节约环保，生产效率高，适于工业生产应用。
附图说明
图1为WC颗粒原位增强硬质合金与钢的超声波钎焊过程及装置示意图。图中：1-硬质合金片，2-钢片，3-钎料，4-超声头，5-夹具，6-加热装置。
图2为WC颗粒原位增强硬质合金与钢的超声波钎焊接头的微观组织扫描电镜图片。
图3为WC颗粒原位增强硬质合金与钢的超声波钎焊接头的界面结构的扫描电镜图片，其中图3a为硬质合金侧，图3b为钢件侧。
具体实施方式
如图1所示，本发明的实施方式按照以下步骤进行：a、钎焊前对待连接的硬质合金1和钢2的表面分别进行打磨，并用丙酮对打磨后的表面进行清洗；b、钎焊前将Ag基钎料箔片3置于硬质合金1与钢2之间；c、将超声头4置于硬质合金1表面在温度为380℃时对待焊的硬质合金及钢施加超声振动5min；d、钎焊过程采用高频感应加热方式；e、超声振动结束自然冷却，获得的WC陶瓷颗粒增强的焊缝。
本实施例中获得的钎缝接头组织形貌(SEM形貌)见图2，双侧界面结构见图3，可见界面结合良好，且在钎缝中心弥散分布有硬质合金侧迁移的白色的WC颗粒，可以起到增强焊缝的作用。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.WC颗粒原位增强的硬质合金与钢的超声波钎焊方法，用于硬质合金与钢的高强度连接，其特征在于，其钎焊过程按照以下步骤进行：a、钎焊前对待连接的表面进行打磨，并用丙酮对打磨后的表面进行清洗；b、钎焊前将Ag基钎料箔片置于硬质合金与钢之间，Ag基钎料为Ag-Cu-Zn-Mn-Ni钎料，其液相线范围在700-800℃之间，钎料箔片厚度在50～200μm之间；c、对待焊的硬质合金及钢施加超声振动，其中超声波频率18～25kHz，振幅4～20μm，超声头位于硬质合金表面或钢表面；施加超声时间60s-10min，移动超声头使整个连接面的钎料都实现填缝，利用超声波的空化作用去除硬质合金及钢表面的氧化膜，在此过程中不需采用钎剂或其他保护气氛，钎焊过程在大气中进行；d、钎焊过程采用高频感应加热方式，钎焊温度为730～800℃；e、超声振动结束后，试件自然冷却，获得钎缝组织中有钎缝增强作用的WC陶瓷颗粒的焊接成品；所述硬质合金为YG系列的硬质合金，其主要成分为Co基WC硬质合金。
2.根据权利要求1所述之WC颗粒原位增强的硬质合金与钢的超声波钎焊方法，其特征在于，所采用的硬质合金及钢母材中，至少一种母材的厚度在2～5mm之间。
3.根据权利要求1所述之WC颗粒原位增强的硬质合金与钢的超声波钎焊方法，其特征在于，所述超声施加既可以在硬质合金上，也可以施加在钢上，施加超声的母材要求厚度在5mm以下。
4.根据权利要求1所述之WC颗粒原位增强的硬质合金与钢的超声波钎焊方法，其特征在于实施超声波钎焊过程中，硬质合金母材中的WC颗粒将在超声波作用下从硬质合金中迁移至钎缝中，焊后形成WC陶瓷颗粒增强的钎缝，并达到增强接头力学性能的目的。
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