CN104259610B - 一种采用石墨电极的电阻钎焊方法及其装置 - Google Patents
一种采用石墨电极的电阻钎焊方法及其装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种采用石墨电极的电阻钎焊方法及其装置，本方法用石墨电极作为电阻钎焊加热元件钎焊硬质合金工件，硬质合金钎焊工件放在一个密闭的钢制钎焊室内部，石墨电极被通电加热过程中利用石墨电极中的碳与硬质合金钎焊工件周围的氧气发生化学反应，使得钎焊连接处的局部区域氧气被消耗掉。可以实现硬质合金与钢基体或硬质合金与硬质合金之间的钎焊连接钎缝区域的无氧气气孔缺陷，钎焊连接部位温度场均匀，加热时间短、效率高。石墨电极外套加有石墨保护装置，以保护石墨电极在电阻钎焊加压时不被损坏。石墨电极上配有压力控制器，以保证不同的钎焊连接部位在石墨电极达到一定的压力后不再增加压力，以保证不同钎焊工件需要不同外加压力的需要。
Description
技术领域
本发明涉及硬质合金焊接领域，尤其是涉及一种硬质合金工件的电阻钎焊装置以及使用该装置钎焊硬质合金工件的方法。
背景技术
硬质合金是以高硬度难熔金属的碳化物（WC、TiC）微米级粉末为主要成分，以钴（Co）或镍（Ni）、钼（Mo）为粘结剂，在真空炉或氢气还原炉中烧结而成的粉末冶金制品。硬质合金具有高耐磨性、耐热性、耐蚀性及良好的红硬性等优异性能，广泛地应用于机械加工、地质勘探、矿山开采等工业领域。随着国家制造产业的迅猛发展，对硬质合金制造的各种工具和制品的需求量日益增加。但因利用其制造形状复杂的制品困难，成本也高，应用范围受到限制。硬质合金与钢的焊接能够很好解决硬质合金尺寸有限、形状简单、成本高、韧性差等缺点，扩大了硬质合金的应用范围，具有重要的理论意义和实用价值。
目前，大部分硬质合金是采用钎焊的方法将硬质合金镶嵌在中碳钢或低合金钢基体上使用，钎焊工艺与硬质合金的使用性能密切相关，钎焊性能的优略直接影响到硬质合金的使用效果。对于工作在500°C以上且接头强度要求较高的硬质合金，一般选用Mn基和Ni基钎料，如B-Mn50NiCuCrCo、B-Mn65NiCoFeB、B-Ni82CrSiB和B-Ni75CrSiB等。而这些钎料中含有的Mn、Co、Cr元素属于活性元素（活性元素主要有Ti、Zr、Cr、W、Co、Mo、Mn、V、Nb等），而活性元素在钎焊过程中极易吸附周围空气中的活泼气体氧气、在钎焊过程中会以氧气气孔的形式存在于硬质合金钎焊件钎缝中，这些不同大小3气孔最终会导致钎焊工件的钎缝中存在大量缺陷，使得钎焊出来的硬质合金产品质量严重下降，硬质合金钎焊工件的成品率和使用寿命都大大下降。
电阻钎焊是利用电阻焊的方法对将要钎焊的工件（工件之间夹有钎料和钎剂）进行加热焊接。电阻钎焊具有电阻焊的特点，即电流流过工件及其接触面时要产生热量，其局部加热速度极快，电阻钎焊操作简单、易于改善劳动条件、实现机械化和自动化、生产效率高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可提高硬质合金与碳钢工件钎焊性能和质量的电阻钎焊装置，本发明还提供了使用该装置钎焊硬质合金与碳钢工件的方法。
本发明的目的可通过下述技术措施来实现：
本发明的采用石墨电极的电阻钎焊方法包括下述步骤：
a、将待钎焊的硬质合金和碳钢或合金钢工件表面和所需要用到的钎料表面清洗干净；
b、先将需要钎焊的碳钢放进钎焊室内，然后将锰基钎料放置在碳钢相应的位置上，并在钎料上散布少量钎剂，然后将硬质合金放在钎料上，钎料可以是片状或箔状，钎料厚度为0.05~0.5mm；
c、操作电阻钎焊装置，设置电阻钎焊参数，焊接电流设置为6000~15000A，焊接时间设置为20C~70C（CY是cycle,周波的意思,周波(Hz)是指一秒钟的振荡频率数，交流电50Hz情况下1周波=0.02秒，简称为C），焊接压力设置为0.7KN~5KN，然后启动电阻点焊机；
d、钎焊完毕后，让焊件自然冷却，待焊件冷却至室温后将焊好的硬质合金钎焊件从钎焊室中取出。
本发明用于上述方法的硬质合金工件的电阻钎焊装置包括密闭的钢制钎焊室、以相对布置的方式设置在钎焊室内的正、负电极；所述正、负电极是由相对设置的石墨正、负电极护套，分别安装在石墨正、负电极护套内的石墨正、负电极构成，且在石墨正、负电极中的一个电极后部设置有压力控制器。
本发明在钎焊室内的钎焊工件连接区设置有温度控制器。
所述的压力控制器为市场销售产品，由弹簧、感应器、连接导杆、开关组成。以保证钎焊接触部位在达到一定的压力后石墨电极停止增加压力。
本发明的有益效果如下：
本方法将石墨作为电阻钎焊硬质合金时的加热源，用石墨电极电阻加热时，钎焊连接加热部位温度场均匀，加热时间短、效率高。硬质合金钎焊工件放在一个密闭的钢制钎焊室内部，避免外面氧气进入钎焊室内部氧化石墨电极和钎焊工件，从而减少造成电阻钎焊时焊缝中有气孔缺陷的可能。重要的是本方法可以实现硬质合金与钢基体或硬质合金与硬质合金之间钎缝区域无氧气气孔缺陷的钎焊连接。钎焊室内在石墨电极被通电加热过程中利用石墨电极中的碳与硬质合金钎焊工件周围的氧气O2发生化学反应，使得钎焊连接处的局部区域O2被消耗掉，并生成CO、CO2气体，同时钎焊室内空气中剩余的氮气N2也是不活泼气体，这几种气体组成的气体层隔绝了外层的氧气进入钎焊部位，保护了钎焊连接部位不会被氧化，最重要的是由于钎焊连接区域的活泼O2被消耗掉，硬质合金钎焊工件连接部分的钎缝合金中就没有氧气气孔出现，钎缝缺陷明显减少，钎焊连接质量大大提高。石墨电极外套加有石墨保护装置，以保护石墨电极在电阻压力钎焊时不被损坏。电阻钎焊时，在钎焊连接区有温度控制器保证在钎焊到一定温度时停止加热。石墨电极上配有压力控制器，以保证不同的钎焊连接部位在石墨电极达到一定的压力后不再增加压力，以保证不同钎焊工件需要不同外加压力的需要。
本方法可在不需要惰性气体保护条件下，可以实现硬质合金与钢基体或硬质合金与硬质合金之间的钎焊界面钎缝区无氧气气孔钎焊连接，钎焊表面无需特殊处理，钎焊成本低，钎焊工件连接界面结合可靠性强，大大提高焊件的综合性能，工程应用意义很大。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中序号：1钎焊室、2石墨正电极护套、3石墨正电极、4钎焊件、5钎料、6温度控制器、7钎焊件、8石墨负电极护套、9石墨负电极、10压力控制器。
具体实施方式
本发明以下将结合实施例（附图）作进一步的描述：
如图1所示，本发明的硬质合金工件的电阻钎焊装置包括密闭的钢制钎焊室1、以相对布置的方式设置在钎焊室内的正、负电极；所述正、负电极是由相对设置的石墨正、负电极护套2、8，分别安装在石墨正、负电极护套内的石墨正、负电极3、9构成，且在石墨负电极9后部设置有压力控制器10，在钎焊室内的钎焊工件连接区设置有温度控制器6，用于保证在钎焊加热到一定温度时停止加热。
所述的压力控制器为市场销售产品，由弹簧、感应器、连接导杆、开关组成。以保证钎焊接触部位在达到一定的压力后石墨电极停止增加压力。
更具体说所述的石墨正、负电极护套2、8以共轴线相对设置的方式分别与钎焊室1上下壁板相结合，且石墨正、负电极护套相对设置前端位于钎焊室1内，钎焊件4、7位于石墨正、负电极护套之间。
本发明采用石墨电极作为电阻加热元件钎焊硬质合金工件，在电阻加热过程中利用石墨电极中的碳元素和钎焊连接硬质合金工件部位的氧气反应消耗掉周边的氧气，使得硬质合金钎焊工件钎缝中没有氧气气孔，明显提高了硬质合金钎焊工件的品质。
所述的石墨电极护套用于保护石墨电极在电阻压力钎焊时不被损坏，同时如果长时间使用石墨电极时保护石墨后出现大量烧损，可以更换新的保护石墨继续使用。且所述石墨电极可制作成不同形状和尺寸大小，以便于钎焊不同要求的硬质合金工件。
在本发明中，钎焊工件放在一个密闭的钢制钎焊室内部，电阻钎焊时工件的钎焊过程就在钎焊室内部执行。
本发明以下以硬质合金与碳钢和硬质合金的钎焊为例来详细说明使用本发明的电阻钎焊装置钎焊方法，具体操作步骤如下：
实施例1：
第一步，将待钎焊的YG15硬质合金钎焊件4、45#碳钢钎焊件7的表面用稀盐酸或氢氧化钠水溶液清洗，去除表面氧化膜，用丙酮擦拭清洗干净；
第二步，将0.3mm厚钎焊时用的B-Mn50NiCuCrCo钎料5先用砂纸打磨以去除表面氧化膜，再用丙酮擦拭干净；
第三步，先将需要钎焊的45#碳钢钎焊件7放进钎焊室1内，然后将锰基B-Mn50NiCuCrCo钎料5放置在碳钢钎焊连接相应的位置上，并在钎料上散布少量102钎剂，然后将YG15硬质合金钎焊件4放在钎料上；
第四步，操作电阻钎焊装置，焊接电流设置为12000A，焊接时间设置为50C，焊接压力设置为3KN，然后启动电阻点焊机；
第五步，钎焊完毕后，让焊件自然冷却，待焊件冷却至室温后将焊好的硬质合金钎焊件从钎焊室1中取出。
实施例2：
第一步，将待钎焊的YG3硬质合金钎焊件4、40Cr合金钢钎焊件7的表面用稀盐酸或氢氧化钠水溶液清洗，去除表面氧化膜，用丙酮擦拭清洗干净；
第二步，将0.1mm厚钎焊时用的B-Mn65NiCoFeB钎料5先用砂纸打磨以去除表面氧化膜，再用丙酮擦拭干净；
第三步，先将需要钎焊的40Cr合金钢钎焊件7放进钎焊室1内，然后将锰基B-Mn65NiCoFeB钎料5放置在碳钢钎焊连接相应的位置上，并在钎料上散布少量102钎剂，然后将YG3硬质合金钎焊件4放在钎料上；
第四步，操作电阻钎焊装置，焊接电流设置为10000A，焊接时间设置为30C，焊接压力设置为1.5KN，然后启动电阻点焊机；
第五步，钎焊完毕后，让焊件自然冷却，待焊件冷却至室温后将焊好的硬质合金钎焊件从钎焊室1中取出。
实施例3：
第一步，将待钎焊的YT5硬质合金钎焊件4、40#碳钢钎焊件7的表面用稀盐酸或氢氧化钠水溶液清洗，去除表面氧化膜，用丙酮擦拭清洗干净；
第二步，将0.05mm厚钎焊时用的B-Mn50NiCuCrCo钎料5先用砂纸打磨以去除表面氧化膜，再用丙酮擦拭干净；
第三步，先将需要钎焊的40#碳钢钎焊件7放进钎焊室1内，然后将镍基B-Ni75CrSiB钎料5放置在碳钢钎焊连接相应的位置上，并在钎料上散布少量102钎剂，然后将YT5硬质合金钎焊件4放在钎料上；
第四步，操作电阻钎焊装置，焊接电流设置为7000A，焊接时间设置为25C，焊接压力设置为1KN，然后启动电阻点焊机；
第五步，钎焊完毕后，让焊件自然冷却，待焊件冷却至室温后将焊好的硬质合金钎焊件从钎焊室1中取出。
实施例4：
第一步，将待钎焊的YT730硬质合金钎焊件4、YT730硬质合金钎焊件7的表面用稀盐酸或氢氧化钠水溶液清洗，去除表面氧化膜，用丙酮擦拭清洗干净；
第二步，将0.08mm厚电阻钎焊时用的B-Ni82CrSiB钎料5先用砂纸打磨以去除表面氧化膜，再用丙酮擦拭干净；
第三步，先将需要钎焊的YT730硬质合金钎焊件7放进钎焊室1内，然后将镍基B-Ni82CrSiB钎料5放置在焊件7相应的位置上，并在钎料上散布少量102钎剂，然后将YT5硬质合金钎焊件4放在钎料上；
第四步，操作电阻钎焊装置，焊接电流设置为8000A，焊接时间设置为60C，焊接压力设置为4KN，然后启动电阻点焊机；
第五步，钎焊完毕后，让焊件自然冷却，待焊件冷却至室温后将焊好的硬质合金钎焊件从钎焊室1中取出。
Claims (4)
1.一种采用石墨电极的电阻钎焊方法，其特征在于：所述方法包括下述步骤：
a、将待钎焊的硬质合金钎焊件、碳钢或合金钢钎焊件表面，以及所需要用到的钎料表面清洗干净；
b、先将需要钎焊的碳钢或合金钢钎焊件放进钎焊室内，然后将锰基钎料放置在碳钢或合金钢钎焊件相应的位置上，并在钎料上散布少量钎剂，然后将需要钎焊的硬质合金钎焊件放在钎料上，钎料是片状或箔状，钎料厚度为0.05~0.5mm；
c、操作电阻钎焊装置，设置电阻钎焊参数，焊接电流设置为6000~15000A，焊接时间设置为20C~70C，其中C含义如下：CY是cycle，周波的意思，周波Hz是指一秒钟的振荡频率数，交流电50Hz情况下1周波=0.02秒，简称为C；焊接压力设置为0.7kN~5kN，然后启动电阻点焊机；
d、钎焊完毕后，让钎焊件自然冷却，待钎焊件冷却至室温后将焊好的钎焊件从钎焊室中取出。
2.一种适用于权利要求1所述方法的电阻钎焊装置，其特征在于：它包括密闭的钢制钎焊室、以相对布置的方式设置在钎焊室内的正、负电极；所述正、负电极是由相对设置的石墨正、负电极护套，分别安装在石墨正、负电极护套内的石墨正、负电极构成，且在石墨正、负电极中的一个电极后部设置有压力控制器。
3.根据权利要求2所述的电阻钎焊装置，其特征在于：在钎焊室内的钎焊工件连接区设置有温度控制器。
4.根据权利要求2所述的电阻钎焊装置，其特征在于：所述的压力控制器由弹簧、感应器、连接导杆、开关组成，以保证钎焊接触部位在达到一定的压力后石墨电极停止增加压力。
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