硬質(zhì)合金與結(jié)構(gòu)鋼釬焊刀具切削試驗及數(shù)據(jù)分析

李 寧 呂 鵬

（中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動機（集團）有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110043）

1 概述

硬質(zhì)合金與結(jié)構(gòu)鋼的焊接，不能用于高精度（要求同軸度0.02以內(nèi)）回轉(zhuǎn)類刃具的刀桿與刀刃部分對接使用，通過此論文說明一下高精度回轉(zhuǎn)類刃具的刀桿與刀刃的釬焊工藝過程及后期試驗結(jié)果。

2 硬質(zhì)合金與結(jié)構(gòu)鋼的釬焊

下面分幾個方面調(diào)研硬質(zhì)合金與結(jié)構(gòu)鋼對接：

2.1 硬質(zhì)合金的焊接特點:硬質(zhì)合金主要用于制造刀具、量具等雙金屬結(jié)構(gòu)。這類工件在工作時受到相當(dāng)大的應(yīng)力作用，特別是壓縮彎曲、沖擊和交變載荷，要求接頭強度高、質(zhì)量可靠。硬質(zhì)合金有高硬度和耐磨性好的特點，但是存在脆性高、韌性差等缺點。

2.2 基體材料的選擇和槽型設(shè)計

2.2.1 基體材料的選擇:硬質(zhì)合金通常與基體材料連接在一起使用，基體材料的選擇主要考慮硬質(zhì)合金使用時所受載荷的大小。

2.2.2 槽型設(shè)計:鋼與硬質(zhì)合金刀具釬焊質(zhì)量的好壞還決定于刀槽形狀的設(shè)計是否合理。硬質(zhì)合金槽型的設(shè)計是否合理。硬質(zhì)合金槽形設(shè)計原則如下：

1 ）盡量減少釬焊面；2）焊接前采用凸臺、凹槽等部位定位；3）設(shè)計槽型時應(yīng)考慮在釬焊過程中便于排渣；4）釬焊后刀頭部分不應(yīng)黏附過多的焊料。

2.3 硬質(zhì)合金與鋼的釬焊

2.3.1 釬焊方法:本次試驗選擇了氧氣-乙炔火焰釬焊、高頻感應(yīng)釬焊兩種焊接方式進行刀具的焊接，并設(shè)計專用夾具完成焊接過程，以達到設(shè)計需求。

2.3.2 硬質(zhì)合金釬料與釬劑

1 ）釬料的選擇：①釬料有流動性與滲透性；②釬料常溫下有足夠硬度；③釬料熔點要低，但釬料的熔點要高于焊縫的工作溫度300℃，保證正常切削。本次選用釬料為H62、銀焊條。2）釬劑的選擇:釬劑的作用是使刀桿和釬焊表面的氧化物還原，有好的流動性和較低的黏度。

2.3.3 硬質(zhì)合金與鋼的釬焊工藝：1）焊前準(zhǔn)備：①焊前檢查硬質(zhì)合金裂紋、彎曲等缺陷；②對硬質(zhì)合金噴砂處理去除釬焊表面氧化層和黑色字母，防止脫焊；2）釬焊過程：①焊接硬質(zhì)合金工具時均勻加熱刀桿和刀頭保證焊接質(zhì)量；②釬焊后冷卻硬質(zhì)合金片表面產(chǎn)生瞬時拉應(yīng)力。采用低溫回火處理能消除部分釬焊應(yīng)力，減小裂紋；③焊后清理:要對焊好的硬質(zhì)合金工件進行焊后清理。3）釬焊的質(zhì)量檢驗:焊縫檢測方法：①刀具經(jīng)噴砂處理后，用煤油清洗，用肉眼和放大鏡觀察。有裂紋時有明顯黑線；②用65%煤油、30%的變壓器油及5%的松節(jié)油調(diào)成溶液，加入少量蘇丹紅，將檢查的刃具放入該溶液中浸泡10-15min，取出用清水洗凈，涂上高嶺土，烘干后檢查表面，如果有裂紋，溶液的顏色將在白土顯示出來，肉眼可查。

3 硬質(zhì)合金與結(jié)構(gòu)鋼釬焊刀具切削試驗及數(shù)據(jù)分析

3.1 本次試驗中制造的3把刀具的試驗方法及試驗數(shù)據(jù)進行介紹:

No.1刀桿材料 40Gr φ10; 刀頭材料X30 φ9.8; 焊料 銅H62;焊縫扭曲大焊縫分布不均勻。

No.2刀桿材料 40Gr φ10; 刀頭材料X30 φ9.8; 焊料 銀焊條;焊縫扭曲小焊縫分布不均勻。

No.3刀桿材料 40Gr φ10; 刀頭材料X30 φ9.8; 焊料 銀焊條;焊縫無扭曲焊縫分布均勻。

3.2 刀具試驗情況

No.1試驗設(shè)備 X52K; 加工材料T8A;轉(zhuǎn)速950轉(zhuǎn)/分；切深8mm;加工1件后刀具斷裂。

No.2試驗設(shè)備 X52K; 加工材料T8A;轉(zhuǎn)速950轉(zhuǎn)/分；切深8mm;加工3件后刀具斷裂。

No.3試驗設(shè)備 X52K; 加工材料T8A;轉(zhuǎn)速950轉(zhuǎn)/分；切深4mm;加工1件后刀具正常。

No.3試驗設(shè)備VH1100; 加工材料CrWMn; 轉(zhuǎn)速4200轉(zhuǎn)/分；切深0.3mm;加工1件后刀具正常。

通過以上刀具試驗數(shù)據(jù)的表現(xiàn)及斷口部位的觀察有如下發(fā)現(xiàn)：

3.2.1 銅焊刀具由于焊料熔點較高，焊接質(zhì)量差，焊后焊縫扭曲較大、焊縫分布不均勻，刀具破壞后焊接部位有較多的氣泡，大部分部位虛焊，侵潤不足，焊料層較厚。加工過程中刀具在沿徑向進刀過程中刀具受較大的徑向力斷裂。

3.2.2 銀焊刀具由于焊料熔點較低，焊接質(zhì)量較好，焊后焊縫扭曲一般、焊縫分布不均勻，刀具破壞后焊接部位有兩側(cè)部位虛焊，侵潤不足，焊料層厚。加工過程中刀具在沿徑向進刀過程中刀具受較大的徑向力斷裂。

3.2.3 銀焊刀具由于焊料熔點較低，焊接質(zhì)量較好，焊后焊縫無扭曲、焊縫分布均勻。加工過程中刀具在沿徑向進刀過程中刀具受較大的徑向力沒有斷裂，后又在數(shù)控銑上試驗，試驗中按0.2mm、0.3mm分別進行加工，加工中刀具尾柄剛性較差，加工表面端刃部位刀花較深，側(cè)刃部位較為光滑。

3.3 試驗數(shù)據(jù)分析：通過上述試驗數(shù)據(jù)的整理，從中看出雖然可以焊接刀具毛料并能夠制造成刀具，我們的焊接工藝不成熟導(dǎo)致焊后焊縫扭曲較大、焊縫分布不均勻、虛焊，侵潤不足等焊接質(zhì)量不穩(wěn)定的現(xiàn)象。在焊接刀具的使用中也有較大的問題，在普通銑X52K上使用時，轉(zhuǎn)速較慢、切深較大，導(dǎo)致刀具徑向受力很大，而刀具焊口位置受徑向力影響較大，所以證明如果結(jié)合處焊接面積較小的情況下，這類焊接刀具不適合在普通銑上應(yīng)用。在數(shù)控銑上應(yīng)用效果相對較好，由于刀具受軸向力較大而徑向力較小的情況下刀具刀桿剛性不足的情況就明顯的反應(yīng)出來，在刀具端刃成面的質(zhì)量受刀桿震動的影響表現(xiàn)為震紋較深，側(cè)刃情況好些，但也有震紋的存在。

結(jié)語

通過此項目達到硬質(zhì)合金與結(jié)構(gòu)鋼釬焊刀桿的現(xiàn)場應(yīng)用，能夠更好利用現(xiàn)有設(shè)備、人員完成此項目所要求工藝過程。

[1]朱警雷，黃繼華，張華，趙興科.硬質(zhì)合金與鋼異種金屬焊接的研究進展[J].焊接，2008（02）.

[2]呂鵬，劉慶梅.刃具硬質(zhì)合金與結(jié)構(gòu)鋼釬焊工藝研究中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2012，19.

[3]王立躍.硬質(zhì)合金的焊接特點、方法與研發(fā)進展[J].現(xiàn)代焊接，2010（12）.