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焊接刀具产生裂纹的原因及防止办法
2005年7月21日 8:50  来源:切削技术—技术专题
各种牌号的硬质合金其强度越高,在钎焊过程中发生裂纹的可能性越小。在实际生产过程中,用于精加工或超精加工的高硬度、高耐磨性合金刀片(如YD15、YG3X、YN10等)在钎焊时容易产生裂纹。本文阐述了焊接刀产生裂纹的原因及防止办法,从多角度进行了详细地分析,有效地解决了长期困扰焊接刀生产的问题。

1 焊接刀裂纹形成的机理及类型

  1. 加热对硬质合金形成裂纹的影响
    硬质合金刀片与钢(刀杆)的热膨胀系数相差较大,而且合金的导热性能也较刀体材料差,若在焊接时快速加热会产生很大内应力,促使刀片在焊接层处热应力过大导致刀片崩裂。
    因此焊接温度控制在约大于焊料溶点30~50℃。选用的焊料其熔点应低于刀杆熔点60℃,焊接时火焰应由下向上均匀加热慢慢预热进行焊接,因此要求刀槽与刀片焊接面形成一致。局部过热会使刀片本身或刀片与刀杆的温差较大(大与厚的刀片更为严重),热应力将使刀片刃口崩裂。所以要求预热时先对刀杆预热,若刀片与刀杆一起加热应前后左右往返移动火焰进行加热,这样可避免热量集中造成局部过热而产生裂纹。
  2. 刀槽形状对裂纹形成的影响
    刀槽的形状与刀杆焊接面不一致或相差较大,形成封闭式或半封闭式的槽形,易造成焊接面过多和焊层过大,由于热膨胀之后收缩率不一致,也易在刀片焊接处造成应力过大,形成崩裂。在满足使用所需要的焊缝强度要求下,尽可能减少钎焊面的面积。
  3. 冷却对硬质合金形成裂纹的影响
    焊接中或焊接后进行冷却或急速冷却以及焊剂脱水不良,都会使刀片产生爆裂而裂纹贯通。因此要求焊料有良好的脱水性。焊后绝对不能放在水中急速冷却,要放在石灰、石棉粉、砂子等中缓慢冷却。最好缓冷后在300℃左右保温6小时以上随炉冷却。
  4. 刀槽底面有缺陷对裂纹形成的影响
    刀片和刀槽的接触面不平整,如有黑皮麻坑、局部不平等原因,使焊接不能形成平面结合,造成焊料分布不匀,这样不但影响焊缝强度而且引起应力集中,导致刀片断裂,因此,刀片要研磨接触面,对刀片刀槽的焊接面应清洗干净。
    在铣刀片槽与刀片配合过程中,要求刀片伸出刀杆支承部分不大于0.5mm,如果刀片伸出刀杆支承部分过大或刀杆支承部分较弱,就会使刀具在焊接过程中承受拉力而产生断裂现象。
  5. 刀片二次加热对裂纹形成的影响
    刀片在钎焊后,紫铜钎料没有完全填满缝隙,个别出现虚焊,有的刀具在出炉过程中,刀片在刀杆上掉下来,因此需二次加热,这样一来,粘结剂Co严重烧损,WC晶粒长大,有可能直接导致刀片裂纹。

(a)

(b)

(c)

(d)
图1

(a)快速加热产生的裂纹

(b)快速冷却产生的裂纹
图2

2 焊接应力引起裂纹的特征

硬质合金刀片上出现裂纹,在某种情况下是由于焊接应力过高,超过了硬质合金刀片的强度而产生的。在焊接刀具时,刀体的高度hc应大于刀片高度ht3倍。如hc/ht,在焊接后,容易引起合金刀片断裂(见图1a);若hc/ht<3,硬质合金表层产生拉应力,也容易出现裂纹(见图1b);当hc/ht=4~5时,硬质合金表层无显著应力,故不易产生裂纹,即使有裂纹也不明显(见图1c);在hc/ht<8时,在焊接层上就产生均布载荷。而合金刀片弯曲沿合金刀片厚度方向产生拉应力,在焊接层的强度超过合金本身的力分布就更为复杂,因为不是在一个面上接合,而在两个、三个或四个面上结合。此外,硬质合金迅速加热和快速冷却时,由于热量分布不均,都可能产生显著的瞬时应力。在快速加热时,硬质合金外层受压应力,中间则受拉应力。超过允许的加热速度时,就可能出现裂纹或内部的不可见裂纹(见图2a)。硬质合金焊接时,快速冷却也是很危险的,在这种情况下,外层上会出现拉应力,而引起合金出现裂纹(见图2b)。
 
 [关键词]:焊接 刀槽 刀具  发表评论    【推荐】 【打印

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