硬质合金刀具的镶焊

硬质合金刀具的镶焊

一、前言

硬质合金刀具的镶焊是一个非常重要的工序。因硬质合金与钢材的化学成分及物理机械性能完全不同，往往在焊接时容易产生裂纹而使硬质合金报废。改善和提高焊接质量，对于减少刀具废品，提高硬质合金刀具的质量，延长刀具的使用寿命具有重要意义。

二、硬质合金刀具镶焊的特点

部分硬质合金和刀杆材料的物理性能见表1

从表1所列数据可以看出，不论是导热系数、热膨胀系数，还是热容量硬质合金和刀杆材料都相差较大。因此焊接加热或冷却速度太快就容易使刀片与刀杆，刀片表面与心部的温差增大，从而导致膨胀或收缩应力过大，使刀片产生裂纹。刀片规格越大，这种现象就越严重。典型的焊接裂纹见图1。

焊接时收缩不均匀造成的变形

图1 典型硬质合金刀具焊接裂纹图2 硬质合金与钢胀缩示意图

硬质合金上的焊接裂纹是焊接应力过大而引起的。在充分加热后，刀具开始冷却，焊料凝固，由于钢的热膨胀系数比硬质合金大2～3倍，在钢与硬质合金上产生不同的收缩，达到室温后，钢的收缩是硬质合金的两倍（如图2）。逐渐收缩的结果，在硬质合金上产生拉应力，而产生焊接开裂现象。此外，硬质合金在950℃～1100℃就会产生剧烈氧化，所形成的氧化膜存在许多空隙而使硬质合金变脆，从而降低合金的机械性能。因此，在焊接时，必须避免焊接区域的氧化现象。

三、硬质合金焊接的步骤

1、彻底清理刀杆和刀片

（1）、硬质合金应经过喷砂

（2）、刀杆、刀片、焊料应脱脂

（3）、将焊接面氧化层磨去,平整。

2、刀杆预热后应煮硼砂，使表面覆盖一层熔剂。

（1）、正确选用熔剂

（2）、用熔剂可将铁锈、油脂等洗净，防止刀杆、刀片氧化。

3、均热

（1）、焊接时首先加热刀杆底部

（2）、均热，防止热裂

（3）、不得过热

（4）、达到焊接温度后，根据合金片大小，应保温10-30秒，以使焊接面上的温度均匀。

4、清理合金片、焊接部位的粘结物，仔细检查刀片和镶槽是否被焊料润湿。

5、缓冷

6、焊后再喷砂

四、焊接方法

1、氧气—乙炔焊接法

2、高频焊接法

3、焦碳炉焊接法

4、油炉焊接法

5、接触焊接法

6、浸铜焊接法

常用前两种方法

五、焊接时注意事项

1、焊料选用原则

硬质合金刀具焊接质量的好坏，焊料是个重要的因素。焊料基本分为铜基和银基焊料。银基焊料（如106#、107#焊料）熔点低、高温塑性好、流动性好,但其价格较高,焊接强度较差。表2列出常用铜基焊料的化学成分和特性。

表2列出常用铜基焊料的化学成分和特性

在焊料中加入微量Co,Ni,Sn等，可增加焊料流动性和润湿性；加入Fe,Mn等，可提高焊缝的强度。焊料的熔点不仅影响焊接生产率，而且也影响焊接应力，当焊接温度超过950℃以上时，还会使硬质合金产生相变，降低了合金的使用性能。高温塑性好的焊料，在焊接冷却过程中能起到缓冲和平衡作用，降低硬质合金与钢的线膨胀系数和导热系数不同所导致的热应力，而且焊接后可进行热处理，这为一些刀体具有一定硬度要求的刀具提供了焊接后进行热处理的条件。厚薄不均的焊缝也是造成硬质合金产生焊接裂纹的原因，流动性和润湿性好的焊料，焊接时就能流布整个焊接面，获得均匀而薄的焊缝和提高焊接强度。

（1）工作温度高于400℃，机械负荷大时，选用紫铜、801#

（2）工作温度低于400℃，机械负荷不大时，选用H62、105#。（3）刀片愈长愈薄时，或形状复杂时，应采用低熔点焊料，如841#焊料，或银基焊料106#、107#。

2、加热速度、冷却速度的控制

快速加热时，硬质合金外层受压应力，中心受拉应力，超过容许的加热速度时，就可能会出现可见的裂纹或内部不可见的裂纹。快速冷却时，外部出现拉应力，引起裂纹。加热过快，会使刀杆温度高于合金刀片时，则熔化的焊料润湿了刀杆而不能润湿刀片，焊接强度下降，

而且产生加热不均现象。加热过慢，则会出现相反的现象，而且又会引起焊接表面氧化的现象。不同牌号及规格的刀片的焊接加热速度是不同的，含钴量越低及规格尺寸越大、越复杂，加热速度应慢些。高频焊接的加热速度可以调节加热功率或通过刀具与感应圈的距离来调节。

表3 不同牌号硬质合金焊接时容许的加热速度℃/秒

焊接后的冷却速度对焊接裂纹的产生也有非常明显的影响。特别是冷至300℃以下时，快速冷却会迫使刀杆急剧塑性变形而使刀片产生裂纹。大体上说，刀片冷却速度较容许的加热速度低8倍左右。焊接好的刀具应置于200℃～300℃炉中，保温6～8h，随炉冷却至室温。或置于干燥云母粉、石棉粉、熟石灰或类似保温材料中冷却。在秋冬季焊接时，工作环境温度应保持15℃以上，避免冷风直接吹入，促进冷却速度过快而产生内应力。

3、焊接温度较好的焊接温度应该是高于焊料熔点40℃～80℃。过高会出现氧化现象，过低会出现虚焊。焊接时发现冒白烟并带蓝烟时，说明温度过高，造成锌挥发，在焊层中产生气泡形成气孔，影响焊接质量。

4、熔剂应进行脱水处理，否则在焊接操作带来困难，对焊接质量也有影响，应保存于密封容器中防止受潮。

5、刀杆制造焊接部分的刀杆厚度应大于刀片厚度3～5倍为宜。刀杆需要淬火时，最好与焊接同时进行（即一次加热），淬火剂温度控制

在180℃～220℃。焊接大刀片时，应在刀槽平面铣个小槽减小内应力，或在刀槽平面上打几个小孔，借其毛刺增加焊接层厚度。

六、硬质合金刀具焊接质量检查

硬质合金刀具焊接后，经保温、冷却、喷砂清理，然后检查合金片在刀杆上焊接是否牢靠，有无缺焊、虚焊现象，刀片在镶槽中的位置如何，刀片有无裂纹等。

硬质合金刀片裂纹可采取下列方法检查：

（a）将样品用煤油清洗干净，用10~45倍的显微镜检查。（b）取65%的煤油，30%的变压油和5%松节油，调制成溶液，

于其中加入苏丹红。然后将欲检查的刀具放入溶液中浸泡

10~15分钟。用清水洗净。涂上一层高岭土，烘干后检查表

面。如刀具上有裂纹，溶液的颜色会在白土上显示出来。（c）

紫外线作用下的荧光液发光检查法。荧光液系一份变压油、

两份煤油和0.03~0.05%的金绿色萤石（CaF2）组成，紫外

线光源系由水银石英灯通过放大镜获得。有裂纹时，荧光

液就会发出黄绿色的光亮。（d）超声波无损探伤。