50M n2V金剛石鋸片激光焊接過渡層粉末的研制(下)①

秦海青,王進保,蒙光海,李運海,程柳

(1.國家特種礦物材料工程技術研究中心,廣西桂林541004;2.桂林礦產地質研究院廣西超硬材料研究開發重點實驗室,廣西桂林541004)

50M n2V金剛石鋸片激光焊接過渡層粉末的研制(下)①

秦海青1,2,王進保1,2,蒙光海1,2,李運海1,2,程柳2

(1.國家特種礦物材料工程技術研究中心,廣西桂林541004;2.桂林礦產地質研究院廣西超硬材料研究開發重點實驗室,廣西桂林541004)

介紹了自主研發的A激光焊接過渡層粉末的設計性能指標、制備方法和基本參數,測試了A粉末燒結試樣塊的機械性能,檢測了A過渡層、國外某公司過渡層與50M n2V鋼基體的激光焊接強度。焊接強度測試結果表明:在780℃～880℃常用燒結溫度范圍內,A過渡層可以與不同的工作層配合使用,比國外某公司過渡層具有更高的安全性和穩定性,焊接強度達到并超過BS En13236:2001安全標準。A激光焊接過渡層粉末可以替代國外進口的激光焊接過渡層粉末。

過渡層;激光焊接;50M n2V;金剛石鋸片

3 A粉末燒結試樣塊的機械性能測試

A粉末燒結試樣塊尺寸:(30×12×6)mm3,采用真空熱壓燒結,燒結壓力為27M Pa,燒結溫度分別為:780℃、820℃、850℃、880℃,每個溫度燒結10個試樣塊,分別測定試樣塊的三點彎曲強度、硬度、密度和相對密度,分別取數據的平均值,各種數據平均值見表2。由表2可以看到,A粉末在780℃～880℃的溫度范圍內燒結,試樣塊的三點彎曲強度介于1260～1417M Pa之間,燒結相對密度大于97%,硬度介于93.8～102.2HRB之間。

表2 A粉末燒結試樣塊的三點彎曲強度、硬度、密度和相對密度Table 2 Three points bending strength,hardness,density and relative density of powder A sintered samples

4 刀頭的燒結和焊接

4.1 刀頭的燒結

刀頭采用熱壓真空燒結,刀頭尺寸為50×3.2×10(長×厚×高)mm3,其中工作層的高度為8mm,過渡層的高度為2mm。為了測試焊接強度的穩定性和適應性,采用4種不同的金剛石鋸片工作層與過渡層配合使用,燒結溫度分別為780℃,820℃,850℃,880℃。表3列出了這4種金剛石鋸片工作層的胎體配方,表4～表7分別列出了這4種配方的燒結工藝。每個溫度燒結38顆刀頭,其中19顆刀頭的過渡層使用A粉末,另外19顆刀頭的過渡層使用國外某公司生產的產品。

表3 金剛石鋸片工作層的胎體配方Table 3 Matrix prescription of working layer of diamond saw blade %

表4 1#配方的燒結工藝Table 4 Sintering process of prescription 1#

表5 2#配方的燒結工藝Table 5 Sintering process of prescription 2#

表6 3#配方的燒結工藝Table 6 Sintering process of prescription 3#

表7 4#配方的燒結工藝Table 7 Sintering process of prescription 4#

4.2 刀頭的焊接

焊接試驗設備:德國產DCO 25板條CO2激光器(標準功率2500W,波長10.6μm);韓國產LW B 15/20激光鋸片焊接工作臺。焊接條件:激光功率1375W,焊接速度3m/min,雙面焊接,使用A粉末的刀頭與使用國外某公司過渡層的刀頭同鋸片基體焊接,數量各一半,各焊接兩片。鋸片條件:鋼基體材料50M n2V,厚度2.2mm,規格:Φ336×Φ25.4×2.2×19;試驗刀頭尺寸:50×3.2×10(長×厚×高)mm3。

將焊接好的鋸片在2個小時以內放入高溫干燥箱內低溫回火,回火溫度285℃,保溫2小時,然后隨爐冷卻到室溫。將鋸片在室內放置48小時后,檢測鋸片的焊接強度。后序處理的目的是部分消除和釋放焊接后的應力。

5 焊接強度的檢測

5.1 焊接強度的檢測方法

采用扭力扳手檢測焊接強度,直接得到的數據為扭矩(N·m),然后再將扭矩換算成焊接強度(M Pa)。扭矩與焊接強度之間的換算公式如下:

其中:σb——焊接強度(M Pa)

M bmax——最大扭矩(N·m)

Lv——刀頭長度(mm)

E——鋼基體的厚度(mm)

根據3-1可以得到最小焊接強度與最小合格扭矩之間的換算公式:

其中:σmin——BS En13236:2001安全標準規定達到的最小焊接強度(σmin=600M Pa)

M bmin——最小合格扭矩(N·m)

Lv——刀頭長度(mm)

E——鋼基體的厚度(mm)

將Lv=50mm,E=2.2mm,σmin=600M Pa帶入公式3-2,得到M bmin=24.2N·m。

采用標準扭力扳手檢測焊接強度,開始檢測扭矩24.2N·m,雙面檢測,依次遞增5N·m,直至刀頭與鋼基體的焊縫斷裂,記錄此時的扭矩大小,再根據公式3-1,計算焊接強度。

5.2 焊接強度數據和數據比較

將平均焊接強度與600M Pa的比值稱為焊接強度平均安全系數,它表示過渡層與鋼基體的整體焊接可靠程度,比值越大,整體安全程度越高。將最小焊接強度與600M Pa的比值稱為焊接強度最小安全系數,它表示過渡層與鋼基體的最小可靠程度,比值越大,出現單個刀頭斷裂的危險性越小。

表8是過渡層與50M n2V鋼基體的焊接強度數據,圖5和圖6分別是A粉末和國外某公司過渡層與50M n2V鋼基體的平均焊接強度和最小焊接強度。結合表8、圖5和圖6,在780℃～880℃常用燒結溫度范圍內可以得到下列結論:

(1)A粉末與50M n2V鋼基體的焊接強度全部大于等于868M Pa,平均焊接強度大于等于1227M Pa,完全符合BSEn13236:2001安全標準,同時也達到了筆者提出的設計性能指標。

(2)在不同的燒結溫度下,A過渡層可以與不同的工作層配合使用,而且A過渡層與50M n2V鋼基體的平均焊接強度波動不大,焊接強度值介于1227M Pa～1378M Pa之間,說明A過渡層具有廣泛的適應性,可以與不同的工作層配合使用。

(3)A過渡層與50M n2V鋼基體的焊接強度平均安全系數介于2.05～2.30之間,焊接強度最小安全系數1.45;國外某公司過渡層與50M n2V鋼基體的焊接強度平均安全系數介于1.79～2.67之間,焊接強度最小安全系數1.24。由此可見,A過渡層與國外某公司過渡層相比具有更高的安全性和可靠性。

表8 過渡層與50M n2V鋼基體的焊接強度數據(單位:M Pa)Table 8 Welding in tensity of transition layer bonding with 50M n2V steel substrate(unit:M pa)

圖5 A過渡層、國外某公司過渡層與50M n2V鋼基體的平均焊接強度Fig.5 Average welding in tensity of transition layer A and transition layer of overseas company bonded with 50M n2V steel substrate

圖6 A過渡層、國外某公司過渡層與50M n2V鋼基體的最小焊接強度Fig.6 minimal welding in tensity of transition layer A and transition layer of overseas company bonded with 50M n2V steel substrate

6 結論

在780℃～880℃常用燒結溫度范圍內,A過渡層可以與不同的工作層配合使用,與50M n2V鋼基體的焊接強度平均安全系數介于2.05～2.30之間,焊接強度最小安全系數1.45,焊接強度達到并超過BS En13236:2001安全標準,比國外某公司過渡層具有更高的安全性和穩定性。因此,A激光焊接過渡層粉末可以替代國外進口的過渡層粉末,實現金剛石鋸片的刀頭和50M n2V鋼基體的激光焊接,大幅度降低國內激光焊接金剛石鋸片生產企業的生產成本。

[1] 姜榮超.激光焊接鋸片過渡層配方的選擇與研究[J].珠寶科技,2003,15(48):9.

[2] 劉一波,趙剛,等.En13236安全標準及其對中國金剛石工具行業的影響[J].金剛石與磨料磨具工程,2004(4):66-71.

[3] 黃培云,等.粉末冶金原理[M].北京:冶金工業出版社,2004:123.

Research and development of laser welding transition layer powder used for 50M n2V diamond saw blade

QIN Hai-qing1,2,WANG Jin-bao1,2,MENG Guang-hai1,2,LIYun-hai1,2,CHENG Liu2
(1.National Special mineral Materials Engineering Technology Research Center,Guilin,Guangxi 541004,China;2.Guangxi Key Laboratory of Superhard Material Research and Development,Guilin Research Institute of Geology formineral Resources,Guilin,Guangxi 541004,China)

Designing performance,manufacture methods and basic parameters of laser welding transition layer powder A are presented in th is paper.Mechanical properties of powder A sintered samples,laser welding in tensity of transition layer A and transition layer made by a overseas company bonded with 50M n2V steel substrate are investigated.The results indicate that transition layer A sintered between 780℃and 880℃is better than transition layer of certai Noverseas company in security and stabilization and can be applied for different working layers.Moreover,the welding in tensity of transition layer A has met and surpassed the BS En13236:2001 standard on safety.Therefore,the laser welding transition layer powder from the overseas can be replaced by the powder A.

transition layer;laser welding;50M n2V;diamond saw blade

TQ 164

A

1673-1433(2010)04-0016-05

2010-05-10

秦海青(1979-),男,碩士,工程師。主要從事合金粉末的制備及金剛石工具制造方面的研究工作。E-m ail:qinhaiqing5218@163.com。

廣西科學基金(桂科青0832089);廣西科技開發計劃項目(桂科攻0992001-10)