CN106378505A - 一种连续钎焊金刚石工具的系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种连续钎焊金刚石工具的系统，包括进料区、加热保温区和冷却区，所述的加热保温区的前端连接设置进料区，加热保温区的后端连接设置冷却区；所述的进料区、冷却区相对于加热加热保温区向下倾斜；在机械传动系统的驱动下，在保护气氛中实现连续钎焊；本发明还公开了一种连续钎焊金刚石工具的方法，该方法通过机械传动系统驱动的连续钎焊，实现一系列的传送、连续加热、冷却，使金刚石工具的制备“化整为零”，由整体小批量生产转化为单件流水线作业，在保证钎焊质量的情况下，实现金刚石工具规模化大批量生产。
Description
技术领域
本发明属于超硬工具制备领域，涉及金刚石工具的钎焊方法，具体是一种连续钎焊金刚石工具的系统及其方法。
背景技术
钎焊金刚石工具是由金刚石磨粒、钎料和金属基体在高温下焊接而成。由于其实现了金刚石与基体之间的化学冶金结合，磨粒获得了较高的结合强度，相比于传统的电镀金刚石工具和烧结金刚石工具具有明显的优势，近年来国内部分企业已实现了小规模的产业化。随着企业的发展以及对产业规模扩大的要求，钎焊金刚石工具的产量需求迅速增大，但其生产效率却保持着一个较低的水平。
目前钎焊金刚石工具的制备主要有真空加热和感应加热两种钎焊方式。真空钎焊是在真空状态下对工件进行加热的一种焊接方法，其优势在于可以一次钎焊一批工件。该方法可有效控制气氛，但其加热时间长，冷却速度缓慢，每次加热在4小时左右，加上前期抽真空、预热、后期冷却时间，每炉最快约15小时，效率低下，并且国内用于真空钎焊的炉体多为单室炉，最大容量900×600×600，过大则容易导致炉内温度不均匀，制备成本过高，受到这些现实设备条件限制，导致每炉产能较低，只适合于小批生产；高频感应钎焊是指利用感应加热的方式将钎料加热到熔融状态，从而将磨粒焊接在金属基体上。感应加热的基本原理是电磁感应原理，加热时被加热的物体本身就是一个回路，当它的周围有交变的电磁场时，就会在物体内部产生感应电流。感应加热具有较高的功率密度（单位加热表面上的功率一般在0.1~2kw/cm2），因而具有加热速度快、热影响区小等优点，但其加热温度不均匀，钎焊温度难于控制，只适合于单件生产，更多地是应用于实验室研究，无法实现工业化生产。以上两种钎焊方法都无法实现金刚石工具的规模化大批量生产。因此，设计一种钎焊系统以及钎焊方法，能够使得磨粒与基体具备较高的结合强度并且能够实现现代金刚石工具的产量需求，同时能够工业化生产，一直是本领域技术人员待解决的技术难题。
发明内容
本发明提供一种连续钎焊金刚石工具的系统及其方法，通过机械传动系统驱动的连续钎焊，实现一系列的传送、连续加热、冷却，使金刚石工具的制备“化整为零”，由整体小批量生产转化为单件流水线作业，在保证钎焊质量的情况下，实现金刚石工具规模化大批量生产。
本发明所采用的技术方案是，一种连续钎焊金刚石工具的系统，包括进料区、加热保温区和冷却区，所述的加热保温区的前端连接设置进料区，加热保温区的后端连接设置冷却区；所述的进料区、冷却区相对于加热加热保温区向下倾斜；在机械传动系统的驱动下，在保护气氛中实现连续钎焊，保护气氛经高效分子筛净化后排入加热保温区，排除炉内空气，保护焊件不被氧化。
进一步，所述的机械传动系统包括变频电机、减速器、网带轮、压紧轮和传动网带；传动网带在网带轮的驱动下运行，贯穿三区，变频电机经减速器、网带轮把运动和动力传递给传动网带带，焊件由进料区进入加热保温区及冷却区，传动网带速度根据钎焊工艺调节。
进一步，所述的变频电机的调速范围50-400mm/min；所述的传动网带的材质为高温耐热不锈钢丝304，保证保护气氛不受铁锈等杂质的影响；所述的网带轮采用耐磨橡皮浇注而成，使得其使用寿命长；减速机与网带轮之间采用链条传动，链条设有张紧装置，传动网带松紧可由压紧轮调节，不易跑偏。
进一步，所述的加热保温区分为一区、二区、三区以及四区四个区域，其中一区、二区为加热区，三区、四区为保温区，并可独立控温；所述的加热保温区由加热系统以及自动控温系统控制；所述的加热系统包括炉门、自动点火装置、加热马弗、加热元件。可根据钎焊工艺参数，独立调节各区温度，由自动控温系统实时控制。加热元件是电阻加热。通入氨分解所产生的氮气和氢气混合气体，排除炉内空气，然后点火装置点燃保护气氛，氢气燃烧产生火帘密封防止外界空气进入加热室。
进一步，所述的加热元件为电阻加热；所述的加热马弗材质为进口310S板；所述的加热系统设有防护隔离板。
进一步，所述的氨气由供气系统提供；所述的供气系统包括氨分解炉、热交换器、净化炉、管路；液氨由钢瓶进入热交换器加热，再进入氨分解炉，在催化剂镍触媒作用下，氨气分解为高温的氢氮混合气体，分解气通入热交换器冷却后进入净化炉纯化，除去微量的氧、水汽和残氨，纯化后的氢氮混合气体排入网带炉中，对焊件起到保护作用。
进一步，所述的自动控温系统以及供气系统由控制系统控制；所述的控制系统为工人智能高温的电气控制系统。
进一步，所述的冷却区为双层水套结构，内有水流导向设计，包括升降炉门装置、点火装置和排烟罩，按钎焊工艺调节好冷却水流量，传动网带将焊件从加热区输送到冷却区，焊件冷却，钎料凝固，从而把金刚石焊在金属基体上；通过本方法连续作业，省去了夹具装夹等时间，而且由于加热区域小，单件易于冷却，整体钎焊时间大为缩短，弥补了真空钎焊与感应钎焊的不足。
本发明还公开了一种连续钎焊金刚石工具的方法，具体步骤如下：
1）设定加热保温区的温度；
2）开启氨分解炉，调节设定温度；
3）待隧道炉温升至设定温度时，开启变频调速装置，启动变频电机，传动网带开始运动；
4）打开各段冷却水套进出水阀门，开启总冷却水源，各段冷却水套通水循环，根据钎焊工艺调节冷却水流量；
5）确认氨分解气体3H2+N2并达到使用要求；
6）氨分解气体确认完毕后，向炉中通入N2，然后关闭N2阀门，通入3H2+N2气体并调节流量；
7）通入3H2+N2气体后，开启点火器点燃H2，氢气燃烧产生火帘密封防止外界空气进入加热室；
8）设定各区温度至工艺要求的温度；
9）待各区温度和气体流量稳定后，由机械传动系统驱动焊件由进料区进入加热区，在一区、二区、三区和四区分别加热和保温，焊件在加热区温度超过钎料熔点，钎料熔化，并在金刚石磨粒与金属基体处形成毛缝作用而润湿，钎料与金刚石及基体发生化学冶金反应。完成金刚石工具的钎焊。
进一步，所述的焊件由金刚石磨粒、钎料以及金属基体组成。
附图说明
图1为本发明一种连续钎焊金刚石工具的系统的示意图
图2为本发明一种连续钎焊金刚石工具的系统的工作原理图
图3为本发明一种连续钎焊金刚石工具的系统的焊件示意图
其中，1-进料区，2-加热保温区，3-冷却区，4-网带轮，5-传动网带，6-焊件，7-保护气氛，8-机械传动系统，9-加热系统，10-自动温控系统，11-电气控制系统，12-供气系统。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
如图1~3所示，所示，本发明的一种连续钎焊金刚石工具的系统，包括进料区1、加热保温区2和冷却区3，所述的加热保温区2的前端连接设置进料区1，加热保温区2的后端连接设置冷却区3；所述的进料区1、冷却区3相对于加热保温区2向下倾斜，整个炉体设计成如图1所示的桥式结构；在机械传动系统8的驱动下，在氨气分解的保护气氛7中，将制备成如图3所示的金刚石磨料-钎料-金属基体三层结构的焊件6放于进料区1的传动网带5上，在变频电机驱动下，依次经过进料区1、加热保温区2和冷却区3，形成网带式隧道炉钎焊金刚石的系统，可以流水线作业，完成金刚石工具的钎焊。在加热区，钎料熔化，与金刚石、金属基体形成毛缝作用而润湿，并发生化学冶金反应，在冷却区钎料凝固，从而牢固地把金刚石焊接在金属基体上。通过单件连续钎焊，以网带输送的方式依次进行预加热，钎焊高温加热、冷却等工艺。
一种连续钎焊金刚石工具的方法，具体的步骤为：
（1）检查电源和各种开关是否正常，水源是否畅通；
（2）接通电源，根据钎焊工艺设定相应参数，将加热保温区的一区、二区、三区和四区温度设定为300℃；
（3）开启加热开关，炉子通电加热，根据工艺要求调节升温速率；
（4）开启氨分解炉，调节设定温度；
（5）待隧道炉温升到300℃时，开启变频调速装置，启动变频电机，传动网带5开始运动；
（6）打开各段冷却水套进出水阀门，开启总冷却水源，各段冷却水套通水循环，根据钎焊工艺调节冷却水流量；
（7）设定各区温度400℃；
（8）待炉温升到400℃时，确认氨分解气体3H2+N2并达到使用要求；
（9）氨分解气体确认完毕后，向炉中通入N2约5-10分钟，然后关闭N2阀门，打下3H2+N2阀门，通入3H2+N2气体，调节流量至3-5m3/h；
（10）通入3H2+N2气体约10-15分钟后，打开进出口两端烟囱上的球阀，开启点火器点燃H2，在炉子两端形成火帘，防止外界空气进入；
（11）设定各区温度至工艺要求的温度；
（12）待各区温度和气体流量稳定后，送入制备好的的焊件，焊件在网带输送下，依次经过进料区1、加热保温区2和冷却区3，完成金刚石工具的钎焊。
Claims (10)
1.一种连续钎焊金刚石工具的系统，包括进料区（1）、加热保温区（2）和冷却区（3），其特征在于，所述的加热保温区（2）的前端连接设置进料区（1），加热保温区（2）的后端连接设置冷却区（3）；所述的进料区（1）、冷却区（3）相对于加热加热保温区（2）向下倾斜；在机械传动系统（8）的驱动下，在保护气氛（7）中实现连续钎焊。
2.根据权利要求1所述的一种连续钎焊金刚石工具的系统，其特征在于，所述的机械传动系统（8）包括变频电机、减速器、网带轮（4）、压紧轮和传动网带（5）。
3.根据权利要求2所述的一种连续钎焊金刚石工具的系统，其特征在于，所述的变频电机的调速范围50-400mm/min；所述的传动网带（5）的材质为高温耐热不锈钢丝304；所述的网带轮（4）采用耐磨橡皮浇注而成；减速机与网带轮（4）之间采用链条传动，链条设有张紧装置。
4.根据权利要求1所述的一种连续钎焊金刚石工具的系统，其特征在于，所述的加热保温区（2）分为一区、二区、三区以及四区四个区域，其中一区、二区为加热区，三区、四区为保温区；所述的加热保温区（2）由加热系统（9）以及自动控温系统（10）控制；所述的加热系统（9）包括炉门、自动点火装置、加热马弗、加热元件。
5.根据权利要求4所述的一种连续钎焊金刚石工具的系统，其特征在于，所述的加热元件为电阻加热；所述的加热马弗材质为进口310S板；所述的加热系统（9）设有防护隔离板。
6.根据权利要求1所述的一种连续钎焊金刚石工具的系统，其特征在于，所述的保护气氛（7）为氨气分解的3H2+N2气体；所述的氨气由供气系统（12）提供；所述的供气系统（12）包括氨分解炉、热交换器、净化炉、管路。
7.根据权利要求4~6任一所述的一种连续钎焊金刚石工具的系统，其特征在于，所述的自动控温系统（10）以及供气系统（12）由电气控制系统（11）控制；所述的电气控制系统（11）为工人智能高温的电气控制系统。
8.根据权利要求1所述的一种连续钎焊金刚石工具的系统，其特征在于，所述的冷却区（3）为双层水套结构，内有水流导向设计，包括升降炉门装置、点火装置和排烟罩。
9.一种连续钎焊金刚石工具的方法，其特征在于，具体步骤如下：
1）设定加热保温区（2）的温度；
2）开启氨分解炉，调节设定温度；
3）待隧道炉温升至设定温度时，开启变频调速装置，启动变频电机，传动网带开始运动；
4）打开各段冷却水套进出水阀门，开启总冷却水源，各段冷却水套通水循环，根据钎焊工艺调节冷却水流量；
5）确认氨分解气体3H2+N2并达到使用要求；
6）氨分解气体确认完毕后，向炉中通入N2，然后关闭N2阀门，通入3H2+N2气体并调节流量；
7）通入3H2+N2气体后，打开进出口两端烟囱上的球阀，开启点火器点燃H2；
8）设定各区温度至工艺要求的温度；
9）待各区温度和气体流量稳定后，送入焊件，焊件（6）在传动网带（5）输送下，依次经过进料区（1）、加热保温区（2）和冷却区（3），完成金刚石工具的钎焊。
10.根据权利要求9所述的一种连续钎焊金刚石工具的方法，其特征在于，所述的焊件（6）由金刚石磨粒、钎料以及金属基体组成。
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