CN103464855B - 驻波约束的大面积硬质合金钎焊方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种驻波约束的大面积硬质合金钎焊方法是：使用专用的带有驻波发生装置的钎焊设备，首先将钎料放入坩埚内熔融后，通过驻波发生装置在熔融钎料的表面形成驻波，待焊接的硬质合金件与熔融钎料的表面波峰接触后，钎料在硬质合金件的待焊面上形成规则的点状或条状分布，然后再与金属基体进行连接，在硬质合金件与金属基体之间的钎焊界面上形成不连续且规则分布的焊点或条状焊缝。本发明还公开了此方法中的专用钎焊设备。本发明的钎焊方法切断了积聚在硬质合金钎焊界面上的应力线，释放了硬质合金钎焊接头的应力，消除了硬质合金工具钎焊开裂的风险，为热膨胀系数不一的两个大面积金属之间钎焊所致应力过大的问题提供了一种新的解决方法。

Description

驻波约束的大面积硬质合金钎焊方法
技术领域
本发明涉及钎焊工艺领域，尤其是涉及一种驻波约束的大面积硬质合金钎焊方法，本发明还涉及该钎焊方法中使用的专用设备。
背景技术
硬质合金工具以其高硬度、高耐磨性在现代工业中发挥着举足轻重的作用，但由于其主要构成元素——钨的价格较高以及硬质合金自身韧性的不足，硬质合金工具常见的形式是只在工件上的有效工作部位嵌合硬质合金块，该硬质合金块与金属基体之间通过异种金属的钎焊技术使其连为一体。对于异种金属的钎焊连接，特别是硬质合金与普通金属的连接，由于二者的热膨胀系数存在较大的差异，导致工件在钎焊界面存在较大的应力，严重的可导致硬质合金开裂，工件报废。因此，有必要开发一种可以缓释异质金属钎焊界面应力的钎焊方法以及为满足该钎焊方法专用的结构简单实用的钎焊装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以缓释钎焊界面应力的驻波约束的大面积硬质合金钎焊方法，本发明的另一目的还提供了该方法专用的钎焊设备。
为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：
本发明所述的驻波约束的大面积硬质合金钎焊方法是：使用专用的带有驻波发生装置的钎焊设备，首先将钎料放入坩埚内熔融后，通过驻波发生装置在熔融钎料的表面形成驻波，待焊接的硬质合金件与熔融钎料的表面波峰接触后，钎料在硬质合金件的待焊面上形成规则的点状或条状分布，然后再与金属基体进行连接，在硬质合金件与金属基体之间的钎焊界面上形成不连续且规则分布的焊点或条状焊缝；
所述专用的带有驻波发生装置的钎焊设备包括坩埚以及环置在所述坩埚外的加热装置；所述坩埚外设置有支撑桁架，所述坩埚上方的支撑桁架上设置有向坩埚内延伸的一组垂直导轨，合金块夹持装置沿所述垂直导轨上下移动；对应于坩埚上部位置的支撑桁架上设置有向坩埚内延伸的水平导轨；在所述坩埚内设置有驻波发生装置；所述驻波发生装置为由波形控制系统控制的振荡电机以及通过振荡电机带动的均布在所述坩埚内的陶瓷振荡片。
所述驻波的波长和振幅通过驻波发生装置进行调整。
所述振荡电机为两个，对称设置在所述垂直导轨的外侧，其中每个振荡电机带动一到两个陶瓷振荡片。
所述的加热装置为由电源控制环绕在所述坩埚外的感应线圈。
本发明的有益效果体现在以下几点：
1）本发明所用的钎焊方法切断了积聚在硬质合金钎焊界面上的应力线，释放了硬质合金钎焊接头的应力，消除了硬质合金工具钎焊开裂的风险；
2）本方法钎焊方法在钎焊界面上形成的不连续且规则分布的焊点或条状焊缝可以提高钎焊过程中接头的排渣、排气效果，提高钎焊面的钎着率，改善了钎焊接头实际的连接强度，保证了工件的使用性能；
3）本方法为热膨胀系数不一的两个大面积金属之间钎焊所致应力过大的问题提供了一种新的解决方法。
附图说明
图1是本发明所用钎焊设备的结构示意图。
图2a~图2d是本发明钎焊过程的简单示意图。
图3a~图3b是本发明两种典型驻波波形，
图4是本发明钎焊件的钎焊界面示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明专用的带有驻波发生装置的钎焊装置包括坩埚1以及环置在坩埚1外的加热装置，加热装置为由电源9控制环绕在坩埚外的感应线圈10组成；坩埚1外设置有支撑桁架2，坩埚上方的支撑桁架上设置有向坩埚1内延伸的一组垂直导轨3，合金块夹持装置4沿垂直导轨3上下移动；对应于坩埚1上部位置的支撑桁架上设置有向坩埚内延伸的水平导轨5；在坩埚1内设置有驻波发生装置：该驻波发生装置为由波形控制系统6控制的振荡电机7以及通过振荡电机7带动的均布在坩埚1内的陶瓷振荡片8。
为保证熔融钎料表面的驻波波峰满足钎焊要求，振荡电机7为两个，对称设置在坩埚的两侧，如可以设置在垂直导轨3的外侧，其中每个振荡电机7带动一到两个陶瓷振荡片8。
如图2a-2d所示，使用本发明的钎焊装置焊接时，首先通过感应线圈10（图中未画出）加热熔化坩埚1内的钎料11，将合金块12的待焊面涂敷焊剂(可提高焊接质量)，用合金块夹持装置4夹紧后沿垂直导轨3下降至钎料11上方20cm处预热30s，将金属基体13在坩埚1外预热（目的也是为提高焊接质量）；待钎料11熔化后，驻波发生装置开动，振荡电机7带动陶瓷振荡片8在熔融态的钎料11表面形成一组平行或两组传播方向相互垂直的驻波，利用步进电机精确控制合金块12沿垂直导轨3下降，直至待焊面和熔融钎料表面的驻波波峰接触（见图2a所示），在合金块12的焊接表面覆盖一层平行分布的熔融钎料条带或覆盖一层周期性分布的熔融钎料点，然后迅速升起合金块12，预热后的金属基体13由步进电机驱动沿水平导轨5移动至合金块12的下方（见图2b所示）；合金块12下降落到金属基体13上，松开夹持机构4，完成对接（见图2c所示），最后将焊接件沿水平导轨5推出冷却，完成钎焊工作（见图2d所示）。
如果振荡电机7带动一组陶瓷振荡片8动作，双片振荡出现平行波纹，如图3a所示，则在熔融态的钎料11表面就会形成平行驻波；如果振荡电机7带动两组陶瓷振荡片8动作，四片振荡会形成两组传播方向垂直的波纹，如图3b所示，则在熔融态的钎料11表面就会形成两组传播方向相互垂直的驻波。
熔融钎料表面形成的驻波波长和振幅可以通过驻波发生装置的波形控制系统6进行调节，即钎焊界面上焊点/或焊缝的尺寸和间距可通过调整驻波的波长和振幅控制。
钎焊后焊接件的焊接界面如图4所示，连接界面上的焊点/焊缝14不连续，可以为规则分布的焊点或平行排列的焊缝，即切断了积聚在焊接界面上的应力线，消除了硬质合金工具钎焊开裂的风险。

Claims (4)

1.一种驻波约束的大面积硬质合金钎焊方法，其特征在于：使用专用的带有驻波发生装置的钎焊设备，首先将钎料放入坩埚内熔融后，通过驻波发生装置在熔融钎料的表面形成驻波，待焊接的硬质合金件与熔融钎料的表面波峰接触后，钎料在硬质合金件的待焊面上形成规则的点状或条状分布，然后再与金属基体进行连接，在硬质合金件与金属基体之间的钎焊界面上形成不连续且规则分布的焊点或条状焊缝；
所述专用的带有驻波发生装置的钎焊设备包括坩埚（1）以及环置在所述坩埚（1）外的加热装置；所述坩埚（1）外设置有支撑桁架（2），所述坩埚上方的支撑桁架上设置有向坩埚（1）内延伸的一组垂直导轨（3），合金块夹持装置（4）沿所述垂直导轨（3）上下移动；对应于坩埚（1）上部位置的支撑桁架上设置有向坩埚内延伸的水平导轨（5）；在所述坩埚（1）内设置有驻波发生装置；所述驻波发生装置为由波形控制系统（6）控制的振荡电机（7）以及通过振荡电机（7）带动的均布在所述坩埚（1）内的陶瓷振荡片（8）。
2.根据权利要求1所述的驻波约束的大面积硬质合金钎焊方法，其特征在于：所述驻波的波长和振幅通过驻波发生装置进行调整。
3.根据权利要求1所述的驻波约束的大面积硬质合金钎焊方法，其特征在于：所述振荡电机（7）为两个，对称设置在所述垂直导轨（3）的外侧，其中每个振荡电机（7）带动一到两个陶瓷振荡片（8）。
4.根据权利要求1所述的驻波约束的大面积硬质合金钎焊方法，其特征在于：所述的加热装置为由电源（9）控制环绕在所述坩埚外的感应线圈（10）。
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