PCD刀具高频感应钎焊技术的研究与进展
2024年感应钎焊市场需求分析
2024年感应钎焊市场需求分析引言感应钎焊是一种常用的钎焊技术，它通过在金属工件上产生感应电流，利用工件自身的电阻加热来实现连接。
感应钎焊具有高效、节能、环保等优点，因此在多个行业中得到广泛应用。
本文将对感应钎焊市场需求进行分析，探讨其发展趋势和存在的挑战。
市场规模与增长趋势近年来，感应钎焊市场呈现出稳步增长的趋势。
全球汽车行业、航空航天行业、家电行业等对钎焊技术的需求不断增加，推动了感应钎焊设备市场的发展。
根据市场研究机构的数据，预计在未来几年内，感应钎焊市场将保持年均10%以上的增长率。
市场需求分析1. 汽车行业汽车行业是感应钎焊设备的主要应用领域之一。
随着电动汽车的快速发展，对电池组和电动机的钎焊需求也越来越大。
感应钎焊技术的快速、高效特点使其成为汽车制造商的首选。
此外，汽车零部件的密封和固定也需要使用感应钎焊技术。
2. 航空航天行业在航空航天行业中，感应钎焊技术被广泛应用于飞机结构件的制造和维修中。
感应钎焊设备可以在短时间内完成复杂的焊接任务，提高了生产效率和产品质量。
随着民用航空市场的快速扩张和航空材料的不断创新，感应钎焊市场在航空航天行业中有着广阔的发展空间。
3. 家电行业家电行业对感应钎焊技术的需求主要集中在厨房电器、洗涤设备和空调等领域。
感应钎焊技术在这些家电产品的组装和连接中发挥着重要作用，可以提高产品的可靠性和性能。
随着家电行业的不断发展和升级，感应钎焊市场的需求将继续增长。
面临的挑战尽管感应钎焊市场前景广阔，但仍面临一些挑战。
首先，新兴的钎焊技术不断涌现，与传统的感应钎焊技术相比具有一定的竞争优势。
其次，感应钎焊设备的价格较高，限制了一些小企业和发展中国家的采购能力。
同时，感应钎焊技术的应用范围和材料适用性也存在一定的局限性，需要不断进行技术改进和创新。
结论感应钎焊市场需求正不断增加，受到汽车行业、航空航天行业和家电行业等的推动。
然而，市场竞争激烈，感应钎焊技术需要不断改进和创新以满足不同行业的需求。
PCD 和PCBN 超硬刀具应用与研究现状浅
文章编号：2095-6835（2022）24-0154-05PCD和PCBN超硬刀具应用与研究现状浅析＊郭永刚1，2，3，吕志1（1.河南工业大学机电工程学院，河南郑州450001；2.汽车复合材料河南省工程实验室，河南郑州450001；3.河南省碳纤维复合材料国际联合实验室，河南郑州450001）摘要：随着现代集成制造系统的问世及切削速度不断加快，对刀具性能提出更高的要求，切削刀具逐步向高效加工、硬加工、干式加工、超精密加工和加工新型难加工材料等方向发展。
开发高耐磨、长寿命、高稳定的超硬切削刀具是必然趋势。
人造聚晶金刚石（PCD）刀具与聚晶立方氮化硼（PCBN）刀具在生产实际中能加工出常规切削加工达不到的尺寸精度和表面粗糙度，是实现精密和超精密加工的关键。
对PCD和PCBN刀具进行了介绍，并分析了其应用领域和研究现状。
关键词：超硬刀具；超精密加工；精密加工；PCD中图分类号：TG711文献标志码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2022.24.0441超硬刀具概述超硬刀具主要指金刚石和立方氮化硼（CBN）刀具，其中又以人造聚晶金刚石（Polycrystalline Diamond，PCD）和聚晶立方氮化硼（Polycrystalline Cubic Boron Nitride，PCBN）刀具的应用最为广泛。
超硬刀具具有极高的硬度和耐磨性，并且热稳定性高，常用于加工一些难以切削的工程材料。
制造超硬刀具的材料主要包括天然和人造单晶金刚石、人造聚晶金刚石、CVD金刚石及聚晶立方氮化硼[1]。
在现代高端制造业中，超硬刀具因其无可比拟的硬度、热稳定性和化学稳定性，越来越被人们所重视，各个国家更是不遗余力地进行研究和发展。
超硬刀具的研究和发展水平正逐步成为衡量一个国家制造业发展水平的一项重要指标。
1.1聚晶金刚石刀具（PCD）PCD刀具是由聚晶金刚石刀尖和硬质合金基体经高温高压烧结而成。
这既能发挥金刚石高硬度、高导热系数、低摩擦系数、低热膨胀系数、与金属和非金属亲和力小、弹性模量高、无解理面、各向同性等众多优点，又兼顾了硬质合金的高强度[2]。
PCD刀具的应用与发展
PCD刀具的应用与发展聚晶金刚石(PCD)刀具加工铝制工件具有刀具寿命长、金属切除率高等优点，其缺点是刀具价格昂贵，加工成本高。
这一点在机械制造业已形成共识。
但近年来PCD刀具的发展与应用情况已发生了许多变化。
如今的铝材料在性能上已今非昔比，在加工各种新开发的铝合金材料(尤其是高硅含量复合材料)时，为了实现生产率及加工质量的最优化，必须认真选择PCD刀具的牌号及几何参数，以适应不同的加工要求。
PCD刀具的另一个变化是加工成本不断降低，在市场竞争压力和刀具制造工艺改进的共同作用下，PCD刀具的价格已大幅下降50%以上。
上述变化趋势导致PCD刀具在铝材料加工中的应用日益增多，而刀具的适用性则受到不同被加工材料的制约。
PCD刀具的基本特点具有极高硬度和独特机械性能的PCD复合片是由金刚石颗粒和催化剂的混合物在高温高压下烧结而成，在合成过程中产生了金刚石颗粒共生物，并在金刚石颗粒之间建立起连接“桥”，从而获得具有催化剂岛状结构、类似于整体金刚石的PCD材料。
PCD材料的结构与PCBN(聚晶立方氮化硼)材料不同。
在PCBN材料中，CBN粒子之间并无实际粘结物；而PCD材料中则存在共生物，金刚石颗粒之间通过晶格“桥”相互连接。
PCD刀具牌号是以金刚石颗粒的粒度进行分类。
根据制造商的标准，细颗粒、中等颗粒和粗颗粒PCD牌号所对应的金刚石粒度大致分别为2µm、10µm和25µm。
粗颗粒PCD牌号比细颗粒PCD牌号强度更高，耐磨性更好，在粗加工中具有更长的工作寿命，但粗颗粒PCD刀具的切削刃难以达到细颗粒PCD刀具表面的光滑程度。
因此，细颗粒PCD刀具可获得更好的加工表面光洁度，但磨损速度较快。
PCD刀具的价格变化过去，价格昂贵一直是影响用户广泛接受PCD刀具的一个主要障碍，但现在情况发生了很大变化。
业界估计，在过去的两三年中，PCD刀具的价格已下降了40%～60%。
出现PCD刀具价格“跳水”的原因之一是市场供大于求。
硬质合金刀具高频钎焊研究
硬质合金刀具高频钎焊研究摘要：硬质合金具有极高的硬度和耐磨性能，特别是在高温下仍能保持其高硬度，目前已广泛应用于制造各种金属的切削刀具。
钎焊是将硬质合金牢固地连接到钢基体上的最成功的方法之一，但硬质合金刀具的焊接技术是引起焊接裂纹的重要因素。
本文介绍了硬质合金刀具的高频焊接工艺中减少裂纹产生、提高焊接点性能的关键技术。
关键词：硬质合金刀具高频钎焊工艺中图分类号：TG4540引言20世纪后半期，工件材料的机械性能不断提高，产品的品种和批量逐渐增多，加工精度的要求日益提高，工件的结构和现状不断复杂化和多样化，硬质合金刀具在应对这些挑战中发挥了重大作用。
而且硬质合金本身也涌现出许多品种，性能不断提高。
中国正逐渐成为世界制造业的中心，对硬质合金刀具的需求巨大，预计到2010年国内硬质合金刀具及其材料的年销售规模将迅速增加到300亿人民币以上。
随着现代制造技术的发展，对金属切削刀具的性能要求越来越高。
钎焊硬质合金刀具仍以其结构简单、紧凑、刚性好、使用灵活性较大、适应性强等特性，被应用在精密加工、ＦＭＳ和其他各种金属切削加工中。
硬质合金刀具刀片与刀杆的钎焊常采用高频感应钎焊和火焰钎焊。
其中高频焊接方法由于具有加热速度快、温度集中、零件变形小等特点，成为硬质合金刀具焊接过程中常用的一种方法。
但是，由于硬质合金较脆、韧性不足和可加工性较差，硬质合金刀具的寿命及焊接裂纹问题一直是困扰大多数企业生产的一个重要问题。
本文就从材料、焊接、使用等几个方面对硬质合金刀具的制作及使用进行分析，以图通过对焊接过程各环节的改进和工序细节控制，降低硬质合金刀具的焊接裂纹，提高刀具的使用寿命。
1 焊接设备和材料1.1 高频钎焊设备感应钎焊靠感应加热提供热源，通过感应或工作线圈，而不是对工件直接通电，将电能用感应方法传递到工件，并有选择地将待焊零件表面加热到钎焊温度的一种焊接方法。
焊接过程使用的设备由高频感应加热设备、高频感应钎焊机械装置及水冷系统和控制系统组成。
PCD刀具高频感应钎焊温度控制系统设计
模糊 [７].
模糊控制器的设计主要包含以下四个方面:
(
１)确定模糊控制器的输入变量和输出变量.输
入语言 变 量 选 择 温 度 的 偏 差e 和 偏 差 变 化 率ec,输 出
收稿日期:２０２０
Ｇ０４
Ｇ０３;修订日期:２０２０
式为:
k
(
u(
２)
k)＝ Kpe(
k)＋ Ki ∑e(
n)＋ Kd [
e(
k)－e(
k－１)] ．
１６９
后,控制程序通过计 算 获 得 所 需 的 温 度 偏 差 和 偏 差 变
化率,并选择相应 的 控 制 策 略. 在 采 集 程 序 读 取 温 度
后,优先级更高的控制任务进行抢占,计算偏差和偏差
PB},隶 属 度 函 数 选 择 三
角形隶属函数,如图 ２ 所示.对ec、
u 进行 相 同 的 模 糊
[
化处理,
ec 的基本 论 域 同 样 ],语言 变 量 与 前 者 相 同,隶 属 函 数 都 选 择
三角形隶属函数.
(
３)设计模糊控制器的控制规则.模糊控制规则
;
;
常数.经计算:
K ＝１．
１３ T＝１０．
５τ＝２.
本文利 用 MATLAB 中 的 S
imu
l
i
PCD 刀具的质量.而相比于 其 他 的 焊 接 方 法,高 频 感
应钎焊凭借其设备投资少、焊接工艺简单、生产效率高
等特点广泛应用 于 PCD 刀 具 的 焊 接 中 [２]. 国 外 PCD
刀具已开始采用自动 钎 焊 技 术,焊 接 质 量 高 且 一 致 性
高精度焊接式双刃PCD刀具刃磨技术
高精度焊接式双刃PCD刀具刃磨技术随着PCD、CBN等超硬材料刀具在汽车、摩托车、空调压缩机、木材加工等行业的广泛应用，对此类刀具的市场需求日益增加。
目前国内已有约20家企业从事超硬刀具的开发、加工与刃磨，但其中大部分厂家都局限于低端产品（如精度要求不高的刀片装夹式超硬刀具等）的加工，导致此类产品市场竞争激烈。
而一些高端产品（如高精度焊接式PCD刀具等）却因为技术要求高、加工难度大而少有厂家问津，产品仍主要依靠进口。
据统计，2001年上海大众汽车有限公司的2VQS发动机生产线消耗的进口高精度焊接式PCD刀具费用已超过100万元人民币（Passat、Polo车型的发动机加工刀具费用尚未统计在内）。
一汽大众的2VQS发动机生产线与上海大众基本相同，对此类刀具的消耗量也很大，再加上全国其它汽车、摩托车制造厂及相关行业的刀具消耗，可见对于高精度焊接式PCD刀具有着巨大的市场需求。
为降低生产成本，企业迫切希望实现此类刀具的国产化加工与刃磨。
1.高精度焊接式PCD刀具技术要求高精度焊接式PCD刀具的技术要求较高。
刀柄采用HSK接柄或安装在HSK液压夹头中的直柄；PCD刀具长度小于150mm，直径在50mm以内，刀刃直径公差为0.003mm，精度等级IT2～IT3，IT3精度的同轴度公差为0.003mm。
焊接式PCD刀具刃口与刀柄的同轴度误差由磨削加工误差和刀具安装误差综合而成，要将其控制在0.003mm范围内相当困难。
为了保证0.003mm的刀具外径公差，对加工机床和磨削工艺方法的加工精度也提出了很高要求。
此外，为了实现高精度焊接式PCD刀具的准确测量，要求测量仪器的综合测量精度达到微米级，且作用于刀具刃口的测量力应控制在150mN 以内。
2.高精度PCD刀具磨床现以远山机械股份有限公司生产的FC-500D型PCD&CBN刀具磨床为例，简要介绍高精度PCD刀具磨床的结构特点与加工性能。
（1）机床特点FC-500D型PCD&CBN刀具磨床的砂轮行程为500mm，可满足长度为150mm刀具的磨削行程要求。
P-PCD用钎料及钎焊工艺的研究
PCD用钎料及钎焊工艺的研究郑州机械研究所龙伟民乔培新李涛刘文明清华大学曾大本王海滨摘要PCD的广泛应用给钎焊技术提出了更高的技术要求，常规钎料已不能满足高周疲劳、高温抗剪的要求。
根据Ag、Cu、Zn、Cd、Ni、Co、Mn等元素在钎料中的作用和特点，进行分析和选择从而配制了十几种牌号的钎料，并对其熔点、强度、钎焊工艺进行了研究，研制出一系列新型的银基钎料。
研究和使用结果表明：研制的系列钎料分别适宜不同工作条件下的PCD工具的钎焊。
关键词聚晶金刚石钎料高温强度润湿性 ABSTRACT The popular application of PCD brings forward higher technique request for brazing technology, normal brazing alloy can't meet the requirement of high frequency fatigue and high-temperature anti-shearing strength. According to functions and characteristics of such chemical elements as Ag, Cu, Zn, Cd, Ni, Co, Mn in brazing alloy, more than ten kinds of brazing alloy have been made by analysis and choice, and melting point, strength and brazing technique of them have been researched, several new silver base brazing alloys have been made. The results of research and application indicate that, the series of silver base brazing alloys been researched are suitable for brazing PCD tools under different application conditions.KEYWORDS PCD; brazing alloy; high temperature strength; wettability1引言聚晶金刚石（PCD）是由金刚石微粉与粘结剂在高温高压条件下烧结而成的复合晶体材料，由于PCD材料具有高硬度、高耐磨性、高弹性模量、各相同性和相对高的热导率等显著优点，近年来已成为高档机械加工刀具、地质及石油钻头、陶瓷磨具、石材加工工具、混凝土工具等高耐磨工具的首选材料。
国外切削加工用PCD与PCBN的发展与应用
国外切削加工用PCD与PCBN的发展与应用近年来，随着制造业的发展和要求的提高，国外对切削加工用聚晶金刚石（PCD）和立方氮化硼（PCBN）的研究和应用逐渐增多。
PCD和PCBN是一种高度硬度、高耐磨、高热导率的新型切削材料，广泛应用于汽车、航空、航天、机床等领域。
本文将介绍国外PCD和PCBN的发展和应用。
首先，国外对PCD的研究和应用已有较长历史。
20世纪50年代，瑞典先后开发出低压化学气相沉积法（LPCVD）和高压化学气相沉积法（HPCVD）生产PCD的技术。
此后，美国、日本、德国等国家也纷纷投入了PCD的研发与应用。
PCD具有高硬度、高强度、低摩擦系数和良好的热稳定性等特点，适用于高速切削和硬质材料的加工。
特别是在汽车轮毂、曲轴、凸轮轴等高精度零件的加工中，PCD已经得到了广泛的应用。
其次，国外对PCBN的研究和应用也在不断进步。
PCBN是一种具有类似于金刚石的物理特性和机械性能的材料，适用于加工高硬度的材料，如合金钢、铸铁、高温合金等。
PCBN具有高硬度、高导热性、低摩擦系数和优异的化学惰性等特点。
它可以用于加工高速度、高挤压、高温度和高硬度的材料，例如用于汽车发动机的气门、凸轮轴、刀具和模具等。
PCBN在机械加工行业的应用越来越广泛，为高精度、高效率的加工提供了可靠的切削工具。
此外，国外研究对PCD和PCBN刀具的改进也取得了显著的成果。
例如，通过研究材料成分和工艺参数等因素的影响，改善刀具的性能和寿命，提高加工效率和质量。
同时，国外也注重PCD和PCBN刀具的涂层技术研究，以进一步提高刀具的耐磨性、防锈性和导热性。
涂层技术能够提高刀具的切削速度、降低摩擦系数、延长刀具的使用寿命。
综上所述，国外对切削加工用PCD和PCBN的研究和应用逐渐成熟。
PCD和PCBN的高硬度、高强度和优异的耐磨性使其在高精度、高效率的加工中具有广泛的应用前景。
未来，随着制造技术的不断发展和需求的不断增加，PCD和PCBN材料和刀具的研究与应用将会有更好的发展。
关于PCD刀具，最全的都在这了
关于PCD刀具，最全的都在这了PCD刀具介绍：PCD刀具是采用超硬材料PCD（聚晶金刚石）与刀具基体通过特殊工艺制成的刀具。
PCD刀具的特点：硬度高、抗压强度高、导热性好、耐磨性好。
PCD刀具主要指标：1、PCD的硬度可达8000HV，为硬质合金的8～12倍；2、PCD的导热系数为700W/mK，为硬质合金的1.5～9倍，甚至高于PCBN和铜，因此PCD刀具热量传递迅速；3、PCD的摩擦系数一般仅为0.1～0.3（硬质合金的摩擦系数为0.4～1），因此PCD刀具可显著减小切削力；4、PCD的热膨胀系数仅为0.9×10^-6～1.18×10^-6，仅相当于硬质合金的1/5，因此PCD刀具热变形小，加工精度高；5、PCD刀具与有色金属和非金属材料间的亲和力很小，在加工过程中切屑不易粘结在刀尖上形成积屑瘤。
PCD刀具制造技术：制造过程PCD刀具的制造过程主要包括两个阶段：1、PCD复合片的制造：PCD复合片是由天然或人工合成的金刚石粉末与结合剂（其中含钴、镍等金属）按一定比例在高温（1000～2000℃）、高压（5～10万个大气压）下烧结而成。
在烧结过程中，由于结合剂的加入，使金刚石晶体间形成以TiC、SiC、Fe、Co、Ni等为主要成分的结合桥，金刚石晶体以共价键形式镶嵌于结合桥的骨架中。
通常将复合片制成固定直径和厚度的圆盘，还需对烧结成的复合片进行研磨抛光及其它相应的物理、化学处理。
2、PCD刀片的加工：PCD刀片的加工主要包括复合片的切割、刀片的焊接、刀片刃磨等步骤。
切割工艺由于PCD刀具具有很高的硬度及耐磨性，因此必须采用特殊的加工工艺。
目前，加工PCD复合片主要采用电火花线切割、激光加工、超声波加工、高压水射流等几种工艺方法，其工艺特点的比较见表1。
在上述加工方法中，电火花加工效果较佳。
PCD中结合桥的存在使电火花加工复合片成为可能。
在有工作液的条件下，利用脉冲电压使靠近电极金属处的工作液形成放电通道，并在局部产生放电火花，瞬间高温可使聚晶金刚石熔化、脱落，从而形成所要求的三角形、长方形或正方形的刀头毛坯。
高频感应钎焊钎料_钎剂对PCD刀具焊接性能的影响
足 。综合各方面因素 ,认为 L303 、BAg615 和 BAg616
有较 好 的 性 能 价 格 比 , 因 此 , 钎 料 选 用 L303 、
BAg615 、BAg616 。三种钎料对钎焊抗剪切性能影响
的试验结果见表 3 。
表 2 几种常用国产钎料牌号 、化学成分及性能
牌号
化学成分 (w %) Ag Cu Zn Ni + Co Mn
500～800
F600B
600～900
F801
硼酸 65 ,硼砂 25 ,氟化钙 10
700～1000
从表 4 可知 :活性温度比较适宜的钎剂有 J101 、 J102 、J103 、F500A 和 F600B ,其他钎剂的活性温度太 高 ,不能满足试验要求 。尽管 J101 、J103 的活性温度 满足试验要求 ,但是其成分中含有太多的氟硼酸钾 , 在温度高于 750 ℃时 ,氟硼酸钾会迅速分解 ,析出有
由表 3 可以看出 :在焊接良好的情况下 ,采用钎
料 BAg616 时钎缝的抗剪切应力最大 。由于 BAg616
中含有 Ni 、Co 、Mn ,极大地提高了钎缝的强度 。虽然
BAg615 中也含有 Ni 、Co ,但其焊缝强度却不如 L303
(其较高的强度主要源于其பைடு நூலகம்高的熔点) 。
(3) 钎剂的选择
母材钎剂
钎料
抗剪切应力 (MPa)
YG8 - YG16c F600B
L303 BAg615 BAg616
24913 23810 27213
图 1 温度 —抗剪应力折线图
通过试验发现 ,虽然温度越高 ,钎料的润湿性越 好 ,但并非温度越高钎焊接头强度就越高 。由图 1 可以看出 :对于不同的钎料 ,温度对抗剪切性能的影 响是不一样的 。当温度为 690 ℃时 ,BAg616 理论上 已为液相 ,能够润湿母材 ,而 L303 还有部分未熔解 , 故不能很好地铺展 ;温度为 720 ℃时 ,BAg616 能很好 地润湿母材 ,形成良好的接头 ,而 L303 仍有少部分 未熔 解 , 接 头 强 度 仍 未 达 到 最 高 值 ; 在 750 ℃时 , BAg616 严 重 流 失 且 氧 化 严 重 , 接 头 强 度 降 低 , 而 L303 此时已完全为液相 ,能很好地润湿母材 ,故接 头强度提高 。
高频感应焊锡技术创新研究
高频感应焊锡技术创新研究1选题依据1.1研究背景随着科学技术的快速发展，焊锡成为我国航空航天制造中关键的工艺之一，而且在许多的电子产品中也需要运用到焊锡工艺，在电子产品的电路板焊接工艺中，部分零件会因为在工艺上不方便通过波峰或者是回流焊工艺很好的焊接在电路板上，这时就需要运用传统的烙铁焊锡工艺，有的时候也需要运用感应圈进行焊锡[1]。
但是不管是传统的焊接工艺还是高频感应圈焊锡工艺，两者都有不同的优缺点，传统的焊锡工艺焊接一致性较差，焊接的效率与质量也比较低，耗材成本高，但是运用激光焊锡机就会增加投入成本，激光焊锡机的价格比较昂贵，耗材的成本也比较高，一般情况下不使用[2]。
目前市场上的各种焊接技术，包括激光，都是利用外部的能量使焊接点被动发热，这种焊点被动发热的焊接方式或多或少的都会造成“冷焊”的现象，因为外部热源（烙铁嘴）或能量（激光）使锡丝熔化后包围在焊盘和零件脚上，然而焊盘和零件脚可能还没达到焊接所需的温度，从而造成俗称的“冷焊”或“虚焊”，“冷焊”或“虚焊”是电子电器的严重缺陷，可以想象，汽车或其他交通工具的控制板有“冷焊”现象的话，极有可能造成严重事故。
在实际生活中，也有使用感应圈加热焊锡的工艺，但是很容易让焊接位置附件的范围同时加热，这种用感应圈直接加热焊锡的工艺方式只适合于极少数大焊点的场合。
经研究想要解决这个问题就需要在感应圈当中设置好磁棒，使用较小直径的磁棒来完成传导感应磁场的工作，从而减小发热点，提高焊接的精准度。
但是在实际开展焊接工作时，磁棒的工作温度会显著提升，在短时间内达到居里点温度，直接导致焊接工作不能连续进行，焊接的效率与质量也会受到影响[3]。
根据实际研究，目前的风冷方式不能让磁棒的工作温度显著下降。
所以需要对现有的感应焊接机构进行改造，针对现有技术存在的问题，提供一种焊接机构，通过设置具有腔体的冷却护套，让冷却介质通过第一导电管进入腔体内部，使得感应圈与磁棒进行降温冷却，然后通过第二导电管流出腔体，使感应圈与磁棒同时降温，这样可以让磁棒在工作过程中有效地散热降温，使焊接工作可以连续进行，提高焊接工作的效率[4]。
聚晶金刚石刀具高频感应钎焊热损伤研究
聚晶金刚石刀具高频感应钎焊热损伤研究
王加威;董海;王明;王峥;王柏何
【期刊名称】《工具技术》
【年(卷),期】2024(58)5
【摘要】基于工程实践设计了聚晶金刚石(PCD)刀具的钎焊试验,研究其热损伤形式并分析热损伤机理。
结果表明:PCD刀具热损伤形式包括凹坑、凸起和裂纹,其中凹坑为最主要的热损伤形式;钎焊过程中,PCD刀具未发生石墨化转变;钴与其氧化物部分脱落,钴氧化物与金刚石润湿性差以及焊接拉应力是导致热损伤产生的主要原因。
随着钎焊温度和恒温时间的增加,热损伤程度加剧。
本文提出一种评价PCD 刀具热损伤程度的方法,即基于机器学习的图像识别凹坑面积法,该方法能够定量表征热损伤程度。
【总页数】5页(P42-46)
【作者】王加威;董海;王明;王峥;王柏何
【作者单位】大连理工大学机械工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TG711;TH162
【相关文献】
1.感应加热聚晶金刚石热损伤机理的研究
2.聚晶金刚石刀具切削各向同性热解石墨过程中的磨损机理
3.聚晶金刚石刀具加工钛合金热塑剪切失稳研究
4.热损伤聚晶金刚石的耐磨性试验研究
5.聚晶金刚石复合片高频感应钎焊的试验研究
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PCD高频焊接技术研究
PCD高频焊接技术研究PCD刀具的焊接技术对于其使用具有至关重要的作用。
高频焊是指利用电磁感应原理，使电磁能在钎料和工件中转化为热能，将钎料加热到熔融状态，然后将工件焊接在一起的焊接方法。
高频焊的优点是能快速加热，可以保证工件的尺寸精度，设备投资少，钎焊工艺易掌握。
PCD刀具焊接过程中的注意事项如下：1.热稳定性PCD在大气压下是亚稳态，PCD刀具的临界钎焊温度约为750˚C，在此温度下金刚石被钴反催化成石墨的速率会很高。
实验数据表明确切的临界钎焊温度取决于PCD的种类，一般情况下，临界钎焊温度随着金刚石粒度的降低而降低。
2.热膨胀系数PCD的料层是脆性材料，料层材料和刀体材料的热膨胀系数相差过大时会产生内应力并可能导致钎焊缺陷的产生。
3.刀槽设计如果刀头要悬出刀体，则建议悬出的长度＜100μm，避免刀头在焊接的过程中产生裂纹。
4.焊接面积对于钎焊刀具，建议焊接面积（单位为mm²）＞100*f*ap，以保障刀片承受切削负载。
5.焊料高频焊接PCD刀具时温度不宜超过720℃，以避免金刚石层石墨化，致使金刚石层受到热损伤，进而影响PCD刀具的表面质量，降低使用寿命。
所以，建议焊接PCD刀具时一般都选用低温Ag基钎料，熔化温度约为680-705℃，工作温度约为690℃，剪切强度为250-300MPa。
6.助焊剂助焊剂可以去除硬质合金表面的氧化物并防止其在加热过程中氧化，有助于焊料更好的浸润。
建议助焊剂的工作温度应该和焊料相似，助焊剂的初始工作温度低于焊料的初始工作温度，例如焊料的熔点680-705℃，助焊剂的工作温度650-750℃。
7.钎焊保温时间即使在相对不高的钎焊温度下保持较长的恒温时间，金刚石层也会受到比较严重的热损伤。
随着钎焊恒温时间的增加，金刚石表面的钴及其氧化物逐渐增多，恒温时间延长至60s时，金刚石晶粒上会出现因氧化而产生的皱纹和黑斑，金刚石层的热损伤加剧。
热损伤会影响金刚石层的表面平整性，增大刀具前刀面的摩擦因数，进而降低刀具的使用寿命并影响被加工工件的表面质量。
刀具材料--PCBN和PCD进展
刀具材料——PCBN和PCD进展PCBN（聚晶立方氮化硼）和PCD（聚晶金刚石）切削刀具的近来进展给不同的行业制造商供给强有力的提高生产率的新动力。
如汽车工业运用新的大颗粒整体PCBN刀片使得高效切削难加工合金铸铁成为可能，原先它们只能由磨削完成。
“在最新的整体PCBN材质等级加添颗粒度已经显著改善性能，”底特律山高Carboloy先进材料产品经理DavidHuddle说，“较大的PCBN颗粒大小改进耐磨性和抗冲击性，这对于大量加工象铁素体含量低于10%的铸铁材料很关键。
”Huddle解释道，粗加工这些零件时良好的抗冲击韧性对承受裂纹、砂眼和其它铸造过程留下的缺陷来说很紧要。
精加工时需要特别好的耐磨性，由于零件含铬量达28～30%而且硬度在洛氏68～72之间。
最新的PCBN刀片还具有更好的牢靠性和经济性。
刀片厚度从传统的3.18毫米加厚到4.76毫米，能安全地安装在有刀垫座的标准硬质合金刀片刀杆上。
另外，整体式PCBN结构在双面供给多个切削刃，从而降低分摊到生产每个零件的刀片成本。
除了这种新型的整体式厚刀片，如今的PCBN刀片还有“表面烧结”型和“镶齿”型。
表面烧结型是在硬质合金基体上烧结一个完整的PCBN表面。
目前使用最多的PCBN刀片是价格比较低廉的镶齿型。
这种型式的刀片是在硬质合金刀片的一角镶焊一小片PCBN，一般供给一至两个切削刃。
表面烧结型和镶齿型都符合工业标准规格。
和最新的整体式刀片一样，它们可以安装在标准硬质合金刀杆和铣刀盘的刀座上。
切削条件和参数依据Carboloy的Huddle，用PCBN切削硬零件最适于合洛氏硬度值45以上的零件。
那是业内大多数人认可的实际操作中的下限，他说。
我们不去说你不能用PCBN加工较低硬度的零件，但在那些应用里前刀面月牙洼磨损是个问题。
PCBN粗加工时，使用刀片的最大切深范围是：白口铸铁和其它硬的高铬铸铁约4.76毫米，不含铬的清洁铸铁最多为6.35毫米。
PCD高频焊接技术研究
PCD高频焊接技术研究随着科学技术的快速发展，高频焊接技术在工业生产中的应用日益广泛。
其中，PCD（Polycrystalline Diamond，多晶金刚石）材料在高频焊接技术中有着重要的应用价值。
本文将对PCD高频焊接技术进行研究和分析，以期进一步推动该技术的发展。
PCD材料是目前工具和磨料行业中使用最广泛的超硬材料之一、由于其优异的物理和化学性质，PCD材料在加工硬质和脆性材料时具有重要的优势。
然而，在PCD材料的加工与应用过程中，其焊接性能成为制约其进一步应用的瓶颈。
高频焊接技术作为一种常见的焊接方法，具有高效、高质量的特点，可以有效解决PCD焊接的难题。
在PCD高频焊接技术的研究中，需要考虑以下几个关键因素：第一，PCD材料的材质及结构特点。
PCD材料是由多块金刚石晶粒通过高温高压复合加工而成的，具有高硬度、高强度和高耐磨性等特点。
然而，由于其结构的复杂性，焊接过程中易产生应力集中和晶粒脱落等问题，因此需要优化焊接参数和控制条件，以提高焊接质量。
第二，高频焊接过程的参数选择。
高频焊接是一种高频电场下的电磁波加热方法，其加热速度快、温度均匀分布，适用于PCD材料的焊接。
但是，焊接过程中的参数选择，如频率、功率、焊接时间等，会直接影响焊接质量。
因此，需要通过合理的实验设计和分析方法，选择最佳参数组合，以提高焊接强度和焊缝质量。
第三，焊接过程中的温度监控和控制。
高频焊接过程中，温度的控制对焊接质量至关重要。
过高或过低的温度都会导致焊接接头强度降低、焊缝质量不合格。
因此，需要采用适当的温度监测和控制方法，保证焊接温度在合适的范围内。
第四，PCD高频焊接接头强度测试和性能评价。
焊接接头强度是评价焊接质量的重要指标之一、通过合适的测试方法和评价模型，对焊接接头的强度及其与基材的结合情况进行分析和评价，可以为进一步优化焊接工艺提供依据。
综上所述，PCD高频焊接技术是一项具有重要应用价值的研究课题。
通过优化焊接参数和控制条件，提高PCD焊接接头的强度和质量，可以进一步推动PCD材料在工具和磨料行业的应用。
2023年感应钎焊行业市场研究报告
2023年感应钎焊行业市场研究报告感应钎焊是一种高效、高质量的钎焊方法，它利用电磁感应原理，通过感应加热和钎焊材料的接触，使钎料迅速熔化，并与母材融合，从而实现钎焊的目的。
感应钎焊具有加热速度快、温度均匀、加热效率高、环境友好等优点，因此在许多行业得到广泛应用。
本文将对感应钎焊行业市场进行研究分析。
一、感应钎焊行业市场概述感应钎焊行业市场的发展日趋成熟，并且呈现出稳步增长的趋势。
感应钎焊技术的应用领域广泛，主要包括汽车制造、航空航天、电子电器、能源、医疗器械等行业。
随着工业制造的发展和技术的进步，感应钎焊行业市场的需求不断增加。
二、感应钎焊行业市场现状目前，感应钎焊行业市场主要集中在发达国家。
美国、德国、日本等国家的感应钎焊企业具有技术先进、设备先进、市场份额高等特点。
而中国在感应钎焊行业市场上的地位相对较低，主要表现为技术水平相对较低、设备制造水平相对较低等。
三、感应钎焊行业市场发展趋势1. 技术水平不断提高感应钎焊技术作为一种新兴的钎焊技术，其技术水平尚有提升空间。
目前，感应钎焊行业主要面临的技术问题包括加热温度控制精度、加热速度控制等。
随着科技的进步和研究的深入，相信这些问题将会得到有效解决，技术水平将不断提高。
2. 市场规模逐步扩大随着感应钎焊技术的应用范围逐渐扩大，感应钎焊行业市场规模也将逐步扩大。
汽车制造、航空航天、电子电器等行业对感应钎焊的需求不断增加，市场需求规模也在不断扩大。
预计未来几年，感应钎焊行业市场将呈现快速增长的趋势。
3. 市场竞争加剧随着感应钎焊行业市场的发展，市场竞争也将逐渐加剧。
目前，市场上的感应钎焊企业大多来自发达国家，它们具有技术优势和市场份额优势。
面对这样的竞争环境，中国的感应钎焊企业需要加大技术研发投入，提高产品质量和性能，提升市场竞争力。
四、感应钎焊行业市场面临的挑战1. 技术问题目前，感应钎焊技术在加热温度控制精度、加热速度控制等方面仍存在着一定的技术问题。
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(3) 焊后处理 焊后应及时清洗过量的钎剂和表面氧化皮 。钎 剂可以在热水中浸泡去除 ,但最好的去除氧化皮的 方法是喷沙 。喷砂可在焊接冷却后直接进行 ,清理 后用放大镜检查钎缝 ,平滑 、光洁 、无气孔 、无裂纹 、 圆弧状的钎缝最为理想 。生产经验表明 :细粒喷丸 具有对表面缺陷进行钝化的良好作用 。
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PCD 刀具高频感应钎焊技术的大学
摘 要 :对 PCD 刀具高频感应钎焊工艺和国内外 PCD 刀具钎焊技术的研究现状进行了较为详细的阐述 ,并对 国内 PCD 刀具钎焊技术的发展进行了展望 。认为要解决目前生产中存在的问题 ,应该加大基础理论的机理性研究 工作 。
212 复合片及刀杆材料选择 常用 PCD 刀具的刀杆材料有硬质合金和 45 # 钢 。45 # 钢的热膨胀系数和导热系数比硬质合金大 得多 ,在焊接过程中可能会产生较大的焊接应力 ,影 响刀具焊接性能和使用寿命 ;使用硬质合金刀杆可 以避免上述问题 ,但钎料对硬质合金的润湿效果不 如 45 # 钢 ,同时也增加了焊接成本 。 采用银基焊料钎焊 PCD 复合片时 ,应尽量避免 选用含有 TiC、TaC、NbC 的硬质合金 ,因为与 WC 比 较 ,TiC、TaC、NbC 难以被 Ag2Cu 钎料所润湿 , 同时 Ti 、Ta 、Nb 的氧化物极为稳定 ,很难被钎剂所清除 。 此外 ,材料含 Co 量的高低也直接影响到钎焊接头的 强度 :Co 含量越高 ,Ag2Cu 钎料对其润湿性越好 ,形 成的钎焊接头强度也就越高 。所以在 WC 基硬质合 金中还应尽量选用较高的 Co 含量[8] 。 213 钎焊工艺 钎焊工艺主要通过润湿性 、气孔率 、夹杂率 、钎 缝厚度和钎焊热影响区的残余应力等影响钎焊接头
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钎缝间隙的不同而改变 。在钎焊时 ,施加合适大小 的钎焊压力 ,可以挤出多余的钎料 ,获得较小的钎缝 宽度 ,增加焊缝的机械强度 。然而 ,这方面的研究成 果还鲜见报道 ,有待进一步深入研究 。
(1) 焊前处理 无论是熔态钎料还是钎焊母材 ,其表面总是覆 盖一层厚度不等的表面膜 ,影响熔融钎料对复合片 的润湿 ,只有清洁而无氧化物的表面才能保证焊缝 区毛细管作用均匀一致 。目前 PCD 刀具钎焊技术 用于去除氧化膜和油脂的方法通常可分为化学清洗 和机械清理两类 ,一般先进行机械清理 ,然后再进行 化学清洗 。化学清洗方法主要有 :溶剂清洗 、蒸气脱 脂 、碱洗 、电解清洗 、酸洗 、盐浴浸泡和超声波清洗 等 。机械清理方法有打磨 、锉削 、机械加工 、喷砂和 金属丝刷等 ,用来去除不良的表面状态 ,并形成毛糙 的结合面 。 然而 ,焊前处理后的表面质量对焊接的影响和 效果却未能有统一的见解 。一般认为 ,对焊缝强度 影响最大的因素是焊缝的性质 、厚度和均匀程度 ;有 必要保证焊接零件有较高的精度和较低的表面粗糙 度值[9] 。文献[ 10 ]认为 ,使配合表面变粗糙些 ,可以 增强钎料的毛细管作用 ,从而改善钎料的润湿效果 。 研究者在相关试验中发现 ,钎焊强度随 PCD 复合片 硬质合金基底和 45 # 钢刀杆钎焊表面粗糙度值的增 加而增大 ;而成都工具研究所的研究者认为 :表面粗 糙度值越低 ,焊缝强度越高[11] 。 (2) 工艺参数的选择 ①钎焊温度 确定钎焊温度的主要依据是所选钎料的熔点 , 钎焊温度应适当地高于钎料熔点 ,以减小液态钎料 的表面张力 ,改善润湿和填缝效果 ,使钎料与母材能 充分相互作用 ,利于提高接头强度 。许多研究者在 PCD 复合片感应钎焊温度这方面做了大量工作 ,一 般认为 ,随着钎焊温度的升高钎料润湿角逐渐减小 , 润湿性能提高 。有学者指出 ,当钎焊温度过低时 ,钎 料的流动性差 ,易产生夹渣 、造成假焊 ,使接头强度 降低 ;而温度过高时 ,钎料氧化严重 ,造成夹渣 ,合金 组分急剧蒸发引发气孔 ,也导致接头强度降低[12] 。 文献[ 13 ]认为 , PCD 复合片与硬质合金刀杆的焊接 温度应严格控制在 700 ℃以下 ,但不得低于 680 ℃, 否则得不到高强度焊缝 。文献 [ 11 ]认为 ,在选定的 钎料条件下 ,钎焊温度对剪切强度影响最大 ,为获得 钎焊强度较大的接头 ,应采用尽可能高的钎焊温度 。 文献[ 8 ]更进一步指出 ,在空气气氛下钎焊 SYNDITE 型 PCD 复合片时 , CTB002 的钎焊安全温度应低于
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工具技术
的力学性能 ,因此 ,制定合理的钎焊工艺是保证钎焊 质量的关键 。PCD 刀具钎焊工艺包括 :焊前表面处 理 、钎焊工艺参数的选择和焊后处理等等 。
Keywords :PCD tools , Hi2frequency induction brazing , Development trends
1 引言
PCD 复合片 ( Polycrystalline Diamond Compact) 的 焊接是 PCD 刀具制作工艺中十分关键的一环 。PCD 复合片的硬质合金基底润湿性差 ,且其热膨胀系数 与 45 # 钢刀杆的热膨胀系数差异大 ,易产生焊接应 力 ,难以保证焊接质量 ;同时 ,由于 PCD 复合片层的 耐热温度一般不超过 700 ℃[1] ,焊接温度过高 , 复合 片会产生热损伤 , 使得 PCD 刀具使用寿命和性能降 低 。高频感应钎焊工艺 ( Hi2frequency Induction Braz2 ing) 凭借其操作简便 、加热快 、生产效率高 、投资少 、 成本低等优点使得它在 PCD 复合片的焊接加工中 得到广泛应用[2～4] 。但目前国内高频感应钎焊多采 用手工焊接 ,生产效率较低 ,质量也不够理想 ;另一 方面 ,与国外相比 ,国内对于影响焊后刀具性能的焊 接工艺及参数的相关研究比较滞后 。因此 ,了解和 掌握目前国内外 PCD 复合片钎焊技术的研究状况 、 探索和研究 PCD 复合片钎焊技术的发展具有重要 意义 。
650 ℃,CTB010 应低于 670 ℃,CTB025 应低于 720 ℃。 ②保温时间 当 PCD 刀具的温度升高到合适范围时 ,保温一
段时间能促进钎料对基体和刀头的润湿与扩散 ,充 分排除钎缝中的气体 ,使钎剂充分还原氧化膜 。钎 焊恒温保持时间是影响钎焊强度的另一重要工艺参 数 ,时间过长会导致焊缝氧化 ,焊件变脆 ;保温时间 过短会造成因焊料流动性不好而使得焊缝变厚 ,影 响钎焊强度 。确定钎焊保温时间首先要考虑钎料与 母材相互的特性 。当钎料与母材的相互作用具有如 强烈溶解 、生成脆性相 、引起晶渗入等不利倾向时应 尽量缩短保温时间 ;相反 ,如果通过两者的相互作用 能消除钎缝中的脆性相或低熔组织时 ,则应适当延 长保温时间 。PCD 复合片高频感应钎焊时 ,最佳的 恒温保持时间取 16s～20s。
3 钎焊技术的发展趋势
随着实践和研究的深入 ,高频感应钎焊技术更 加成熟 。采用横向磁通感应加热方式 ———即工组线 圈对称放置在金属带材两侧 ,线圈中通同相的交变 电流产生垂直于工件表面的交变磁通 ,由此产生的 涡流表面不存在相互抵消的问题 。与传统的线圈围 绕工件 、由交变电流产生轴向交变磁通在工件产生 涡流的纵向磁通感应加热方式相比 ,横向磁通感应 加热时线圈不绕工件 ,在较低频率下即可对工件进 行加热 ,并且无功功率低 ,节约能源 ,能克服对工件 大小 、形状等的束缚 ,适合无磁性或者弱磁性材料的 处理[14] 。采用单片机技术和模糊控制的方法 ,王适 等开发出聚晶金刚石 ( PCD) 复合片高频感应钎焊模 糊控制系统 ,它可以实现 PCD 复合片高频感应加热 钎焊过程中温度和时间的参数化控制 ,并用同步数 据采集系统对模糊控制过程进行了直观的分析和研 究[23 ] 。
2 PCD 刀具钎焊技术
211 钎焊焊料与钎剂的选择 钎剂和钎料的选择是决定 PCD 刀具钎焊强度 的主要因素之一 ,它们的合理搭配能保证熔融钎料 具有良好的流动性 ,充分润湿母材 ,减少气孔 、夹渣
收稿日期 :2007 年 1 月
等缺陷 ,获得外形美观 、性能优良的钎焊接头 。纵观 相关文献 ,认为银基钎料是当前较为理想的钎料 ,用 银基 钎 料 钎 焊 硬 质 合 金 接 头 的 抗 剪 强 度 一 般 在 200MPa 左右 ,采用高频感应钎焊加热方式时其剪切 强度可达 300～400MPa[5 ,6] 。目前 ,如何合理搭配焊 料与焊剂以减少缺陷 、提高剪切强度已成为一个重 要课题 。有实验指出在钎焊温度低于 750 ℃时 ,PCD 与硬 质 合 金 或 碳 钢 钎 焊 时 采 用 BAg616 钎 料 和 F600B 钎剂可得到较高的焊接强度[7] 。