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硬質合金刀具焊接產生裂紋原因分析

文章來源:株洲力洲硬質合金有限公司  發布時間:2018-05-30

硬質合金長條刀片與鋼(基體)的熱膨脹系數相差較大,而且合金的導熱性能也較刀體材料差,若在焊接時快速加熱會產生很大內應力,促使刀片在焊接層處熱應力過大導致刀片崩裂。

  1.焊接刀裂紋形成的機理及類型

  1) 加熱對硬質合金形成裂紋的影響

  硬質合金刀片與鋼(刀桿)的熱膨脹系數相差較大,而且合金的導熱性能也較刀體材料差,若在焊接時快速加熱會產生很大內應力,促使刀片在焊接層處熱應力過大導致刀片崩裂。

  因此焊接溫度控制在約大于焊料溶點30~50℃。選用的焊料其熔點應低于刀桿熔點60℃,焊接時火焰應由下向上均勻加熱慢慢預熱進行焊接,因此要求刀槽與刀片焊接面形成一致。局部過熱會使刀片本身或刀片與刀桿的溫差較大(大與厚的刀片更為嚴重),熱應力將使刀片刃口崩裂。所以要求預熱時先對刀桿預熱,若刀片與刀桿一起加熱應前后左右往返移動火焰進行加熱,這樣可避免熱量集中造成局部過熱而產生裂紋。

  2) 刀槽形狀對裂紋形成的影響

  刀槽的形狀與刀桿焊接面不一致或相差較大,形成封閉式或半封閉式的槽形,易造成焊接面過多和焊層過大,由于熱膨脹之后收縮率不一致,也易在刀片焊接處造成應力過大,形成崩裂。在滿足使用所需要的焊縫強度要求下,盡可能減少釬焊面的面積。

  3) 冷卻對硬質合金形成裂紋的影響

  焊接中或焊接后進行冷卻或急速冷卻以及焊劑脫水不良,都會使刀片產生爆裂而裂紋貫通。因此要求焊料有良好的脫水性。焊后絕對不能放在水中急速冷卻,要放在石灰、石棉粉、砂子等中緩慢冷卻。最好緩冷后在300℃左右保溫6小時以上隨爐冷卻。

  4) 刀槽底面有缺陷對裂紋形成的影響

  刀片和刀槽的接觸面不平整,如有黑皮麻坑、局部不平等原因,使焊接不能形成平面結合,造成焊料分布不勻,這樣不但影響焊縫強度而且引起應力集中,導致刀片斷裂,因此,刀片要研磨接觸面,對刀片刀槽的焊接面應清洗干凈。

  在銑刀片槽與刀片配合過程中,要求刀片伸出刀桿支承部分不大于0.5mm,如果刀片伸出刀桿支承部分過大或刀桿支承部分較弱,就會使刀具在焊接過程中承受拉力而產生斷裂現象。

  5) 刀片二次加熱對裂紋形成的影響

  刀片在釬焊后,紫銅釬料沒有完全填滿縫隙,個別出現虛焊,有的刀具在出爐過程中,刀片在刀桿上掉下來,因此需二次加熱,這樣一來,粘結劑Co嚴重燒損,WC晶粒長大,有可能直接導致刀片裂紋。

  2.焊接應力引起裂紋的特征

  硬質合金刀片上出現裂紋,在某種情況下是由于焊接應力過高,超過了硬質合金刀片的強度而產生的。在焊接刀具時,刀體的高度hc應大于刀片高度ht3倍。如hc/ht,在焊接后,容易引起合金刀片斷裂;若hc/ht<3,硬質合金表層產生拉應力,也容易出現裂紋;當hc/ht=4~5時,硬質合金表層無顯著應力,故不易產生裂紋,即使有裂紋也不明顯;在hc/ht<8時,在焊接層上就產生均布載荷。而合金刀片彎曲沿合金刀片厚度方向產生拉應力,在焊接層的強度超過合金本身的力分布就更為復雜,因為不是在一個面上接合,而在兩個、三個或四個面上結合。此外,硬質合金迅速加熱和快速冷卻時,由于熱量分布不均,都可能產生顯著的瞬時應力。在快速加熱時,硬質合金外層受壓應力,中間則受拉應力。超過允許的加熱速度時,就可能出現裂紋或內部的不可見裂紋。硬質合金焊接時,快速冷卻也是很危險的,在這種情況下,外層上會出現拉應力,而引起合金出現裂紋。


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