硬質合金刀具高頻釬焊研究

摘要：硬質合金具有極高的硬度和耐磨性能，特別是在高溫下仍能保持其高硬度，目前已廣泛應用于制造各種金屬的切削刀具。釬焊是將硬質合金牢固地連接到鋼基體上的最成功的方法之一，但硬質合金刀具的焊接技術是引起焊接裂紋的重要因素。本文介紹了硬質合金刀具的高頻焊接工藝中減少裂紋產生、提高焊接點性能的關鍵技術。

關鍵詞：硬質合金 刀具 高頻釬焊 工藝

中圖分類號：TG454

0 引言

20世紀后半期，工件材料的機械性能不斷提高，產品的品種和批量逐漸增多，加工精度的要求日益提高，工件的結構和現狀不斷復雜化和多樣化，硬質合金刀具在應對這些挑戰中發揮了重大作用。而且硬質合金本身也涌現出許多品種，性能不斷提高。中國正逐漸成為世界制造業的中心，對硬質合金刀具的需求巨大，預計到2010年國內硬質合金刀具及其材料的年銷售規模將迅速增加到300億人民幣以上。隨著現代制造技術的發展，對金屬切削刀具的性能要求越來越高。釬焊硬質合金刀具仍以其結構簡單、緊湊、剛性好、使用靈活性較大、適應性強等特性，被應用在精密加工、FMS和其他各種金屬切削加工中。

硬質合金刀具刀片與刀桿的釬焊常采用高頻感應釬焊和火焰釬焊。其中高頻焊接方法由于具有加熱速度快、溫度集中、零件變形小等特點，成為硬質合金刀具焊接過程中常用的一種方法。但是，由于硬質合金較脆、韌性不足和可加工性較差，硬質合金刀具的壽命及焊接裂紋問題一直是困擾大多數企業生產的一個重要問題。

本文就從材料、焊接、使用等幾個方面對硬質合金刀具的制作及使用進行分析，以圖通過對焊接過程各環節的改進和工序細節控制，降低硬質合金刀具的焊接裂紋，提高刀具的使用壽命。

1 焊接設備和材料

1.1高頻釬焊設備感應釬焊靠感應加熱提供熱源，通過感應或工作線圈，而不是對工件直接通電，將電能用感應方法傳遞到工件，并有選擇地將待焊零件表面加熱到釬焊溫度的一種焊接方法。焊接過程使用的設備由高頻感應加熱設備、高頻感應釬焊機械裝置及水冷系統和控制系統組成。

1.2硬質合金刀片常用的硬質合金有YT5、YT15、YT30、YG3X、YN等。物理性質以其線膨脹系數對焊接性影響較大。線膨脹系數為(412～7)×10^-6℃，硬質合金導熱系數為0.08～0.21卡／厘米·秒·度，這些都是引起焊接應力的重要原因。

1.3刀體硬質合金刀具的常用刀體使用45#、55#、40Cr等材料，其線膨脹系數范圍為12.0～14.0×10^-6℃。

1.4釬料硬質合金釬焊選用的釬料為HL105焊料。因為HL105釬料具有較好的潤濕性和較高的焊縫強度，同時HL105釬料的高溫塑性好、釬料形態多樣，所以HL105(BCu58ZnMn)釬料是硬質合金工具釬焊的最佳釬焊材料之一。釬料在使用前需要用酒精等擦凈。

1.5釬劑在釬焊時，如果沒有釬劑配合，容易在釬縫結合處形成脆性化合物。所以在釬焊時必須配合釬劑來進行。硬質合金刀具的高頻感應釬焊工藝采用的釬劑化學成分為脫水硼砂(50％)、硼酸(35％)和脫水氟化鉀(15％)。

2 焊接工藝關鍵技術

2.1焊前準備

2.1.1檢查硬質合金刀片上是否有油污等異物存在，遠離操作現場。用汽油、酒精或丙酮清洗；逐件檢查刀片不得有肉眼可見裂紋、崩刃等缺陷。

2.1.2對刀體除檢查刀槽的形狀、尺寸與刀片是否相近外，刀槽處的毛刺等必須徹底清理。

2.2焊接

2.2.1釬料、釬劑的涂放釬料上的釬劑應涂放均勻，焊料應充滿焊縫。

2.2.2刀具與感應器的相對位置刀具與感應器相對位置的不合理，常常會出現局部過熱，從而引起刀片、刀口崩裂，所以必須控制刀具與感應器的相對位置。刀具與感應器的各相對位置尺寸為3～5mm。

2.2.3感應器感應器的形狀應根據刀具的形狀盡量使感應電流平行于焊接平面流動，感應器中刀具的個數應控制為1～2個。

2.2.4加熱高頻釬焊時，釬焊溫度及加熱速度是影響釬焊焊接質量的主要工藝參數，過高的釬焊溫度及過快的加熱速度使刀具內部產生很大的內應力，焊后易產生裂紋及崩裂現象。過低的釬焊溫度影響到釬焊焊縫的強度，過慢的加熱速度引起母材晶粒長大、金屬氧化等不良現象。釬焊時釬焊溫度作為其主要工藝參數一般應高出釬料融化溫度30～50℃。HL105釬料的液相線為909℃，釬焊溫度在939℃～959℃最為合適，這時釬料的流動性、滲透性最好。如加溫過高，容易引起釬料中的鋅蒸發與錳氧化，引起夾渣與接頭強度下降等問題：太低則影響釬料的鋪展。

2.2.5操作①將預焊件放入感應器中，應連續按動開關，使其緩慢加熱；②當加熱至940℃左右的釬料像汗珠一樣滲出時，應用紫銅加熱棒將硬質合金沿槽窩往返移動3～5次，以排除焊縫中的熔渣。熔渣不排除，則形成夾渣，影響焊接質量。采用紫銅棒進行操作的優點，在于它不粘熔劑、焊料和合金，而且它不易感應，可在各種釬焊加熱時使用。⑨排渣完后，用撥桿將刀片放正，注意刀片與刀槽。

2.3焊后保溫焊后保溫是硬質合金釬焊的一道重要工序，保溫的好壞直接影響到焊縫質量。對裂紋傾向較大的硬質合金刀具(YT類)，禁止將剛焊好的刀具與水及潮冷的地面接觸，也不得用急風吹冷。一般應在石英砂、石棉粉或硅酸鋁纖維箱中進行緩冷，刀具在保溫箱中應密集疊放，靠大量工件的熱量來保溫并緩慢冷卻。有條件的可采用保溫緩冷和低溫回火同時進行的方法，即將焊好的刀具立即送入保溫箱，在250℃～300℃保溫5～6小時后隨爐冷卻。

2.4清除焊縫附近的多余熔劑將焊后已冷卻的工件放入沸水中煮30～45分鐘，再進行噴砂處理，就可以徹底清除焊縫處多余的熔劑和氧化皮等臟物。在條件允許的情況下，也可以將工件放入酸洗槽中進行酸洗，酸洗后必須經過冷水槽和熱水槽相繼清洗干凈。酸洗時間不宜過長，一般視具體情況在1～4分鐘，過長時間的酸洗可能造成焊縫的腐蝕。

2.5釬焊后的質量檢查檢查焊縫處有無氣孔，檢查被焊工件有無裂紋。對已檢查出有缺陷的工件，可重新加熱釬焊，但也應盡量減少重焊次數，以免硬質合金因反復加熱而影響質量。對于已發生裂紋的工件，應在分析原因后將有裂紋的硬質合金取下，重新釬焊。

3 結束語

在硬質合金刀具高頻釬焊中嚴格按以上工藝施焊，硬質合金刀具的焊接裂紋大大降低，并且刀具壽命得到有效提高。經過工程實踐。用戶反應使用情況良好。