CN113579389A - 一种用于混凝土机械异种金属的真空钎焊方法 - Google Patents

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贾华东
董新炜
陈飞
刘晓军
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Abstract

本发明公开了一种用于混凝土机械异种金属的真空钎焊方法，包括按工艺要求加工出基体及合金块，选用片状及膏状铜基钎料，将片状钎料放置在基体与合金块之间的合金槽内，合金块之间及合金块与基体之间的钎缝处涂抹膏状钎料，组装成焊件，将焊件放置在真空钎焊炉内，采用多级加热、多级保温、多级冷却方法进行焊接。本发明采用真空钎焊方法，在真空钎焊过程中熔融的铜合金与基体、硬质合金相互扩散在结合面上形成致密的冶金结合；采用多级加热、多级氮气冷却方法替代高温出炉保温工序，钎焊温度可精确控制，即能保证焊件整体质量和生产效率，又能避免高温出炉快速冷却而降低焊件本身淬火热应力，焊件整体加热，整体热应力及变形小。

Description

一种用于混凝土机械异种金属的真空钎焊方法
技术领域
本发明属于金属焊接领域，更具体地，涉及一种用于混凝土机械用的异种金属真空钎焊方法。
背景技术
眼镜板和切割环是混凝土机械设备中的关键耐磨件，基体与合金的焊接性能制约了工件的使用寿命，两类异种金属的焊接一直是业内的难题。常见焊接工艺为人工铜焊、炉中钎焊及感应钎焊。人工铜钎焊为合金与基体之间加钎焊粉，通过电阻炉加热后采用火焰气焊的方法将铜棒熔化至钎缝内的工艺方法。炉中钎焊为合金基体间加钎料，钎缝中加钎膏，将配好的焊件在炉中进行加热的工艺方法，常用的为保护气氛炉中钎焊及真空炉中钎焊。感应钎焊是利用高频、中频或工频感应电流作为热源加热焊件的钎焊方法。
采用人工铜钎焊、保护气氛炉中钎焊及感应钎焊方法制造眼镜板或切割环的优点是生产效率高、操作简单，缺点是：1)人工铜钎焊工作环境较差，温度不易控制，且易出现焊接稳定性差、着铜率低；2)保护气氛炉中钎焊工件出炉温度较高，需增加焊后保温工序，转序过程中较长时间暴露在空气中，导致工件冷却速度加快，焊件变形较大，焊接过程中危险性较高；3)感应钎焊目前只适用于切割环焊接，只能进行局部快速加热，加热温度不能精确控制，部件装配难度较大。
目前最常见的是人工铜钎焊工艺：指在基体合金槽中均匀放置一层钎焊粉，待硬质合金块和基体组装后放入电阻炉中加热至960℃左右，保温1h后出炉，采用氧乙炔焰加热方法，在接头处填充铜合金钎料，使基体与硬质合金块连接成整体，完成焊接。
人工铜钎焊需要通过操作人手持火焰喷枪，不断变换姿态并控制火焰大小加热熔化铜棒来填充接头间隙，实现硬质合金块与基体钢板连接。由于人工是该种钎焊方式的主要制约因素，对人工经验要求较高，具有效率低、焊接质量不稳定等特性，且人工工作环境差，严重危害身体健康。此外，钎焊完成产品中接头间隙通常为1～2mm左右，焊接温度不能精确控制，且人工钎焊过程是局部加热，容易在焊件中引起应力，工件变形大。
其次部分厂家采用保护气氛炉中钎焊工艺：基体经过清洗或其他除油操作后，将加工后的基体、铜片和硬质合金块组装成整体，在接头间隙处涂抹一层膏状钎料，将装配好钎料的焊件置于连续式保护气氛炉中进行焊接，通常采用炉内充入还原性气体(如氢气、一氧化碳等)，采用多级加热、多级保温方法加热至钎料熔点以上，出炉后放入保温箱内缓冷至室温，完成焊接。
保护气氛炉中钎焊工件出炉温度较高，焊前需预热炉体，同时需增加焊后保温工序提高生产效率，而出炉过程中焊件较长时间暴露在空气中，由于在高温加热后焊件冷却速度过快，热应力加大，在相同冷却条件下，基体和硬质合金的热导率和线膨胀系数不同，导致基体和硬质合金体积变形不同，从而影响焊件整体平面度要求。此外，充入高压氢气助燃也增加了焊接过程中危险性，焊接工艺复杂性较高，并增加焊接成本。
发明内容
本发明的目的是针对以上不足，提供一种用于混凝土机械异种金属的真空钎焊方法，尤其适用于眼镜板和切割环两类零件与合金的焊接，解决了现有钎焊方法中焊接温度不能精确控制，容易在焊件中引起应力，工件变形大的问题，以及基体和硬质合金体积变形不同，影响焊件质量，和焊接工艺复杂性较高，增加焊接成本的问题。
为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种用于混凝土机械异种金属的真空钎焊方法，包括以下步骤：
将母材加工出合金槽，作为焊件基体；
将合金块加工至所需形状尺寸，放置于合金槽内；
将无氧铜铜片放置于基体与合金块之间，在合金块之间，以及合金块与基体之间的接头缝隙内填充膏状铜基钎料，组装成焊件；
将焊件放置于真空钎焊炉内进行焊接，真空钎焊炉的真空度＜10Pa后，开始升温加热，多级加热至1090～1110℃后，保温，然后多级冷却至室温出炉，完成焊接。
优选的，所述多级加热为，加热50～60分钟后升温至850～900℃，保温60～70分钟，再经50～60分钟加热升温至1050～1070℃，保温60～70分钟后继续加热15～20分钟升温至1090～1110℃。
优选的，所述保温时间为20～30分钟。
优选的，所述多级冷却为，随炉冷却至700～800℃，然后充入氮气进行快速冷却至200～250℃，再随炉冷却至室温。充入氮气提高冷速，使焊件中亚稳态组织快速转变，提高焊件机械性能；随炉缓慢冷却，减小焊接基体内部淬火应力、避免焊接产生变形或开裂。
优选的，所述焊件基体需进行清理除油，焊件组装过程保证零件清洁无油污污染。
优选的，所述接头缝隙控制在0.1～0.2mm，避免膏状钎料受热过分膨胀。
优选的，所述眼镜板选用碳钢板材作为母材，切割环选用碳钢型材作为母材。
优选的，所述无氧铜铜片厚度为0.2～0.5mm，最优选为0.3mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明采用真空钎焊方法，在真空钎焊过程中熔融的铜合金与基体、硬质合金相互扩散在结合面上形成致密的冶金结合，使焊件整体铜合金附着率达到95％以上；焊件钎焊过程处于真空状态，真空炉中的空气、挥发气体和杂质不断被抽出，炉内有害气体少，不会出现气孔、夹杂等缺欠，可获得优质的钎焊接头。
(2)本发明采用片状钎料(铜片)结合膏状钎料，避免了纯膏状钎料受热膨胀使合金块上浮，焊件变形的问题。
(3)本发明采用多级加热、多级氮气冷却方法替代高温出炉保温工序，钎焊温度可精确控制，即能保证焊件整体质量和生产效率，又能避免高温出炉快速冷却而降低焊件本身淬火热应力，焊件整体加热，整体热应力及变形小。
附图说明
图1为本发明实施例1所述的眼镜板基体与合金块所组装的焊件的结构示意图。
图2为图1的截面示意图。
图3为本发明实施例2所述的切割环基体与合金块所组装的焊件的结构示意图。
图4为图3的截面示意图。
图中：1-基体，2-合金块，3-铜片。
具体实施方式
下面将结合具体实施例更详细地描述本发明的优选实施方式。
实施例1
本实施例提供一种用于混凝土机械的眼镜板与合金的真空钎焊方法，包括以下步骤：
眼镜板选用碳钢板材，下料后进行机械加工合金槽，作为焊件基体1，如图1所示；
选定硬质合金块2按所需形状通过模具压制成型后进行烧结，并通过机加工修整至所需形状尺寸，放置于合金槽内；如图1所示；
选定0.3mm厚无氧铜铜片3通过冲剪或激光设备按所需形状尺寸下料，将无氧铜铜片3放置于基体1与合金块2之间，如图2所示，在合金块2之间，以及合金块2与基体1之间的接头缝隙内填充膏状铜基钎料，组装成焊件；
将焊件放置于真空钎焊炉内进行焊接，真空钎焊炉的真空度＜10Pa后，开始升温加热，多级加热至1100℃后，保温，然后多级冷却至室温出炉，完成焊接。
本实施例所述多级加热为，加热60分钟后升温至850℃，保温60分钟，再经60分钟加热升温至1070℃，保温70分钟后继续加热20分钟升温至1100℃；所述保温时间为20分钟；所述多级冷却为，随炉冷却至800℃，然后充入氮气进行快速冷却至200℃，再随炉冷却至室温。
本实施例所述接头缝隙控制在0.1～0.2mm，避免膏状钎料受热过分膨胀。
本实施例焊接完成的钎焊接头无开裂、无变形，外观平整，铜合金附着率达到95％以上，接头抗拉强度大于350MPa。
实施例2
本实施例提供一种用于混凝土机械的切割环与合金的真空钎焊方法，包括以下步骤：
切割环选用碳钢型材，下料后进行机械加工合金槽，作为焊件基体1，如图3所示；
选定硬质合金块2按所需形状通过模具压制成型后进行烧结，并通过机加工修整至所需形状尺寸，放置于合金槽内；如图3所示；
选定0.3mm厚无氧铜铜片3通过冲剪或激光设备按所需形状尺寸下料，将无氧铜铜片3放置于基体1与合金块2之间，如图4所示，在合金块2之间，以及合金块2与基体1之间的接头缝隙内填充膏状铜基钎料，组装成焊件；
将焊件放置于真空钎焊炉内进行焊接，真空钎焊炉的真空度＜10Pa后，开始升温加热，多级加热至1090℃后，保温，然后多级冷却至室温出炉，完成焊接。
本实施例所述多级加热为，加热50分钟后升温至850℃，保温60分钟，再经50分钟加热升温至1060℃，保温60分钟后继续加热20分钟升温至1090℃；所述保温时间为20分钟；所述多级冷却为，随炉冷却至750℃，然后充入氮气进行快速冷却至200℃，再随炉冷却至室温。
本实施例所述接头缝隙控制在0.1～0.2mm，避免膏状钎料受热过分膨胀。
本实施例焊接完成的钎焊接头无开裂、无变形，外观平整，铜合金附着率达到95％以上，接头抗拉强度大于350MPa。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和技术原理的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的，这些修改和变更也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于混凝土机械异种金属的真空钎焊方法，其特征在于，包括以下步骤：
将母材加工出合金槽，作为焊件基体；
将合金块加工至所需形状尺寸，放置于合金槽内；
将无氧铜铜片放置于基体与合金块之间，在合金块之间，以及合金块与基体之间的接头缝隙内填充膏状铜基钎料，组装成焊件；
将焊件放置于真空钎焊炉内进行焊接，真空钎焊炉的真空度＜10Pa后，开始升温加热，多级加热至1090～1110℃后，保温，然后多级冷却至室温出炉，完成焊接。
2.根据权利要求1所述的用于混凝土机械异种金属的真空钎焊方法，其特征在于，所述多级加热为，加热50～60分钟后升温至850～900℃，保温60～70分钟，再经50～60分钟加热升温至1050～1070℃，保温60～70分钟后继续加热15～20分钟升温至1090～1110℃。
3.根据权利要求1所述的用于混凝土机械异种金属的真空钎焊方法，其特征在于，所述保温时间为20～30分钟。
4.根据权利要求1所述的用于混凝土机械异种金属的真空钎焊方法，其特征在于，所述多级冷却为，随炉冷却至700～800℃，然后充入氮气进行快速冷却至200～250℃，再随炉冷却至室温。
5.根据权利要求1所述的用于混凝土机械异种金属的真空钎焊方法，其特征在于，所述焊件基体需进行清理除油，焊件组装过程保证零件清洁无油污污染。
6.根据权利要求1所述的用于混凝土机械异种金属的真空钎焊方法，其特征在于，所述接头缝隙控制在0.1～0.2mm。
7.根据权利要求1所述的用于混凝土机械异种金属的真空钎焊方法，其特征在于，所述焊件基体选用碳钢板材作为母材，或选用碳钢型材作为母材。
8.根据权利要求1所述的用于混凝土机械异种金属的真空钎焊方法，其特征在于，所述无氧铜铜片厚度为0.2～0.5mm。
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