CN101704143A - 高频感应钎焊焊接发动机硬质合金/钢复合挺柱的方法 - Google Patents

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Abstract

高频感应钎焊焊接发动机硬质合金/钢复合挺柱的方法，它涉及一种发动机硬质合金/钢复合挺柱的焊接方法。本发明解决了现有焊接硬质合金/钢复合挺柱方法存在的所需生产设备要求高、生产成本高，且界面易形成有害的η相导致结合部位抗弯强度低的问题。本发明的方法是将钢与硬质合金在真空条件下高频感应加热钎焊焊接为一体。本发明方法实现对硬质合金与钢连接处的局部加热，防止挺柱其他耐磨部位因过热而晶粒长大导致性能的下降；结合部位弥散分布的η相，消除η相引起的接头界面脆化，同时增加了钎缝力学性能，接头剪切强度达到450MPa；方法的成本低，适于大批量生产。本发明方法制备的复合挺柱可广泛应用于汽车、飞机等领域。

Description

高频感应钎焊焊接发动机硬质合金/钢复合挺柱的方法
技术领域
本发明涉及一种发动机硬质合金/钢复合挺柱的焊接方法。
背景技术
挺柱是汽车、飞机等发动机中气门分流系统中关键部件之一，挺柱的耐磨性对发动机的功率、燃油效率、保养等方面具有重要的影响。随着工业的发展，要求发动机功率更大、燃油效率更高，这对挺柱的耐磨性提出了更高的要求。
目前，将硬质合金与钢冶金结合为一体，采用硬质合金作为挺柱易磨损工作部分，使复合构件获得了硬质合金的高硬度、高耐磨性和钢的高强度、高韧性的优良性能而克服了两者的弱点，完全满足发动机挺柱的使用性能。因此，为了充分发挥硬质合金和钢各自的优势，降低材料成本、提高构件工作性能和使用寿命，人们在不断开发硬质合金/钢的复合技术。
由于硬质合金/钢属于异种材料连接，两种材料的物理化学性能，尤其是其线膨胀系数差别很大，其能否有效的连接成为关键。目前国内外主要采用扩散焊、电子束焊、激光焊等焊接方法加工硬质合金/钢复合挺柱，一般需要在真空条件下进行，所需生产设备要求高且增加了成本，而且界面处易形成有害的η相导致硬质合金与钢结合部位的抗弯强度低等问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有焊接硬质合金/钢复合挺柱方法存在所需生产设备要求高、生产成本高，且界面易形成有害的η相导致结合部位抗弯强度低的问题，提供一种高频感应钎焊焊接发动机硬质合金/钢复合挺柱的方法。
本发明中高频感应钎焊焊接发动机硬质合金/钢复合挺柱的方法是由以下步骤完成：步骤一、将Ni-Cr-Si-B钎料与粘接剂按20∶1的质量比混合后得到钎料膏；步骤二、去除钢及硬质合金连接面的氧化膜，再用丙酮擦试(去除钢及硬质合金带焊表面的油污)；步骤三、将步骤一制备的钎料膏刮擦涂敷在经步骤二处理后的硬质合金和钢的连接面之间，得到由硬质合金-钎料膏-钢组成的待焊件；步骤四、将步骤三所述待焊件放入石英玻璃真空管内，两端用石墨柱封口并固定住待焊件，然后在氩气气氛下，采用高频感应加热设备加热对待焊件进行钎焊：先以7～10℃/s的升温速率由室温升至1030～1060℃，随后保温1～3min后停止加热，待降温至80～120℃停止通入氩气，即得到的汽车发动机硬质合金/钢复合挺柱。
本发明方法中采用高频感应钎焊，实现对硬质合金/钢复合挺柱连接处的局部加热，防止挺柱其他耐磨部位因过热而晶粒长大导致性能的下降；因加热迅速，钎料液化过程短，而提高了生产效率，降低了生产成本，而且产品合格率高(产品合格率大于99.9％)，适于大批量生产；在氩气保护下，可以使工件表面光洁，减轻硬质合金过热和氧化，有利于提高焊接质量，接头强度高，剪切强度达到450MPa；能直接观察和人工调节钎焊过程，采用氩气保护，可以避免使用钎剂，焊后表面洁净，无需清理；可以得到弥散分布的η相，消除η相引起的接头界面脆化，同时增加了钎缝力学性能；本发明方法制备的复合挺柱可广泛应用于汽车、飞机等领域.
附图说明
图1是具体实施方式十所述硬质合金/钢复合挺柱接头的金相照片；图2是具体实施方式十的焊接示意图，图2中1表示石墨柱，2表示高频感应线圈，3表示钎料膏，4表示钢，5表示热电偶，6表示石英管，7表示硬质合金；图3是具体实施方式十所述硬质合金/钢复合挺柱接头的扫描电镜照片。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式中高频感应钎焊焊接发动机硬质合金/钢复合挺柱的方法是由以下步骤完成：步骤一、将Ni-Cr-Si-B钎料与粘接剂按20∶1的质量比混合后得到钎料膏；步骤二、去除钢及硬质合金连接面的氧化膜，再用丙酮擦试(去除钢及硬质合金带焊表面的油污)；步骤三、将步骤一制备的钎料膏刮擦涂敷在经步骤二处理后的硬质合金和钢的连接面之间得到由硬质合金-钎料膏-钢组成的待焊件；步骤四、将步骤三所述待焊件放入石英玻璃真空管内，两端用石墨柱封口并固定住待焊件，然后在氩气气氛下，采用高频感应加热设备加热对待焊件进行钎焊：先以7～10℃/s的升温速率由室温升至1030～1060℃，随后保温1～3min后停止加热，待降温至80～120℃停止通入氩气，即得到发动机硬质合金/钢复合挺柱。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同是：步骤一中所述的Ni-Cr-Si-B钎料按重量百分比由7.0％Cr、4.5％Si、3.1％B、3.0％Fe、0.01％～0.1％C和余量的Ni组成。其它步骤和参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同是：步骤一中所述的粘结剂按质量分数由0.8％～1.2％的丙三醇、1.6％～2.4％的羟乙基纤维素、0.8％～1.2％的羧甲基纤维素和95.6％～96.4％的蒸馏水组成。其它步骤和参数与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三不同的是：步骤二中去除钢待焊表面的氧化膜方法是：将钢待焊表面用80#、200#、400#、800#水砂纸逐级磨光。其它步骤和参数与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四不同的是：步骤二中去除硬质合金待焊表面的氧化膜方法是：将硬质合金连接表面用金刚石砂轮片依次进行粗磨和精磨，再用600#、800#砂纸逐级磨光。其它步骤和参数与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五不同的是：步骤二中所述钢为1Cr18Ni9Ti不锈钢、20#碳钢或40#碳钢。其它步骤和参数与具体实施方式一至五相同。
本实施方式所述的1Cr18Ni9Ti不锈钢、20#碳钢及40#碳钢均为市售商品。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六不同的是：步骤二中所述硬质合金为YG8硬质合金或YG15硬质合金。其它步骤和参数与具体实施方式一至六相同。
本实施方式YG8硬质合金及YG15硬质合金均为市售商品。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七不同的是：步骤二所述硬质合金的厚度为1～3mm。其它步骤和参数与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八不同的是：步骤三刮擦涂敷钎料膏的厚度为0.2～0.8mm。其它步骤和参数与具体实施方式一至八相同。
具体实施方式十：本实施方式中发动机硬质合金/钢复合挺柱是由YG8硬质合金和20#碳钢焊接而成的，具体方法如下：步骤一、将Ni-Cr-Si-B钎料与粘接剂按20∶1的质量比混合后得到钎料膏；其中所述的Ni-Cr-Si-B钎料按重量百分比由7.0％Cr、4.5％Si、3.1％B、3.0％Fe、0.01％～0.1％C和余量的Ni组成；所述的粘结剂按质量分数由0.8％～1.2％的丙三醇、95.6％～96.4％的蒸馏水、1.6％～2.4％的羟乙基纤维素和0.8％～1.2％的羧甲基纤维素组成；步骤二、20#碳钢的连接面用80#、200#、400#、800#水砂纸逐级磨平；YG8硬质合金被连接表面用金刚石砂轮片进行粗磨和精磨，再用600#、800#砂纸逐级磨平；然后丙酮擦试去除表面油污；步骤三、将步骤一制备的钎料膏刮擦涂敷在经步骤二处理后的YG8硬质合金和20#碳钢的连接面之间得到由硬质合金-钎料膏-钢组成的待焊件(参见图10)；步骤四、将步骤三所述待焊件放入石英玻璃真空管内，两端用石墨柱封口并固定住待焊件(参见图2)，然后在氩气气氛下，采用高频感应加热设备加热对待焊件进行钎焊：先以7～10℃/s的升温速率由室温升至1030～1060℃，随后保温1～3min后停止加热，待降温至80～120℃停止通入氩气，即得到的发动机YG8硬质合金/20#碳钢复合挺柱。
本实施方式高频感应线圈的匝数为1～3匝。其中高频感应加热设备为SP-30AB型水冷自控分体式设备，设备输入电压为三相380V、50-60HZ，最大输入功率35KVA，最大输出功率30KW，加热电流10-70A，24小时负载持续率100％，输出振荡频率30-80KHZ。
本实施方式复合挺柱的金相照片如图1所示，由图1可知，钢和硬质合金母材形成较好的结合界面，钎缝组织结构均匀分布。本实施方式复合挺柱的接头强度高，剪切强度达到450MPa。
由图3可知，接头界面弥散分布的η相，这种分布状态可以消除η相引起的接头界面脆化，显著提高接头的力学性能。

Claims (9)

1.高频感应钎焊焊接发动机硬质合金/钢复合挺柱的方法，其特征在于高频感应钎焊焊接发动机硬质合金/钢复合挺柱的方法是由以下步骤完成：步骤一、将Ni-Cr-Si-B钎料与粘接剂按20∶1的质量比混合后得到钎料膏；步骤二、去除钢及硬质合金连接面的氧化膜，再用丙酮擦试；步骤三、将步骤一制备的钎料膏刮擦涂敷在经步骤二处理后的硬质合金和钢的连接面之间，得到由硬质合金-钎料膏-钢组成的待焊件；步骤四、将步骤三所述待焊件放入石英玻璃真空管内，两端用石墨柱封口并固定住待焊件，然后在氩气气氛下，采用高频感应加热设备加热待焊件进行钎焊：先以7～10℃/s的升温速率由室温升至1030～1060℃，随后保温1～3min后停止加热，待降温至80～120℃，停止通入氩气，即得到的发动机硬质合金/钢复合挺柱。
2.根据权利要求1所述的高频感应钎焊焊接发动机硬质合金/钢复合挺柱的方法，其特征在于步骤一中所述的Ni-Cr-Si-B钎料按重量百分比由7.0％Cr、4.5％Si、3.1％B、3.0％Fe、0.01％～0.1％C和余量的Ni组成。
3.根据权利要求1或2所述的高频感应钎焊焊接发动机硬质合金/钢复合挺柱的方法，其特征在于步骤一中所述的粘结剂按质量分数由0.8％～1.2％的丙三醇、1.6％～2.4％的羟乙基纤维素、0.8％～1.2％的羧甲基纤维素和95.6％～96.4％的蒸馏水组成。
4.根据权利要求3所述的高频感应钎焊焊接发动机硬质合金/钢复合挺柱的方法，其特征在于步骤二中去除钢待焊表面的氧化膜的方法是：将钢待焊表面用80#、200#、400#、800#水砂纸逐级磨光。
5.根据权利要求1、2或4所述的高频感应钎焊焊接发动机硬质合金/钢复合挺柱的方法，其特征在于步骤二中去除硬质合金待焊表面的氧化膜的方法是：将硬质合金连接表面用金刚石砂轮片依次进行粗磨和精磨，再用600#、800#砂纸逐级磨光。
6.根据权利要求5所述的高频感应钎焊焊接发动机硬质合金/钢复合挺柱的方法，其特征在于步骤二中所述钢为1Cr18Ni9Ti不锈钢、20#碳钢或40#碳钢。
7.根据权利要求1、2、4或6所述的高频感应钎焊焊接发动机硬质合金/钢复合挺柱的方法，其特征在于步骤二中所述硬质合金为YG8硬质合金或YG15硬质合金。
8.根据权利要求7所述的高频感应钎焊焊接发动机硬质合金/钢复合挺柱的方法，其特征在于步骤二所述硬质合金的厚度为1～3mm。
9.根据权利要求1、2、4、6或8所述的高频感应钎焊焊接发动机硬质合金/钢复合挺柱的方法，其特征在于步骤三刮擦涂敷钎料膏的厚度为0.2～0.8mm。
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