CN109356601A - 一种盾构刀刀体及其焊接工艺 - Google Patents
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Abstract
一种盾构刀刀体,包括从前向后依次贴合并焊接结合的硬质合金刀头、第一焊片、不锈钢筛网、第二焊片及不锈钢基体;第一焊片与第二焊片的材质相同;硬质合金刀头的焊接面为由两个相邻面组合而成的直角面,构成焊接面为垂直焊接面,且两相邻面的转角为圆角;第一焊片、不锈钢筛网、第二焊片均为一直角面结构体,转角处设为圆角;三者的形状均与硬质合金刀头的直角面匹配,便于贴合焊接;不锈钢基体的前端凹设有一结合部,该结合部的表面为直角面,转角处设为圆角;结合部的形状与硬质合金刀头的直角面匹配,便于贴合焊接。本发明设计新颖,连接牢固,增强了焊接的成功率,不锈钢筛网在钎焊接头使用过程中可以起抵抗冲击和振荡的作用。
Description
技术领域
本发明涉及盾构作业工具技术领域,具体涉及一种盾构刀刀体及其焊接工艺。
背景技术
盾构刀主要用于岩石隧道的掘进,主要在前段切削系统中起切削岩石向前推进的作用,其寿命主要取决于硬质合金刀头与钢制基体焊接固定的牢固程度。传统盾构刀的焊接通常使用单一的银焊片或者铜焊片,采用整体加热法焊接对各部件进行焊接,该传统焊接方式存在的问题包括:
一、由于盾构刀的焊接面通常多为垂直面,单一的银焊片或者铜焊片在焊接过程中容易受重力作用发生焊料流失,因此纵向面存在未焊牢的情况;
二、由于焊接过程中钢制基体和硬质合金刀头的焊接应力较大,单一的银焊片或者铜焊片焊接容易产生裂纹,且结合面积越大裂纹越大;
三、由于采用整体加热法,加之盾构刀刀体的体积较大,因此加热效率太低。
因此,如何解决上述现有技术存在的不足,便成为本发明所要研究解决的课题。
发明内容
本发明的目的是提供一种盾构刀刀体及其焊接工艺。
为达到上述目的,本发明采用的技术方案是:
一种盾构刀刀体,包括从前向后依次贴合并焊接结合的硬质合金刀头、第一焊片、不锈钢筛网、第二焊片以及不锈钢基体;所述第一焊片与所述第二焊片的材质相同;
所述硬质合金刀头的焊接面为由两个相邻面组合而成的直角面,构成所述焊接面为垂直焊接面,且两所述相邻面的转角为圆角;
所述第一焊片、所述不锈钢筛网、所述第二焊片均为一直角面结构体,转角处设为圆角;三者的形状均与所述硬质合金刀头的直角面匹配,便于贴合焊接;
所述不锈钢基体的前端凹设有一结合部,该结合部的表面为直角面,转角处设为圆角;所述结合部的形状与所述硬质合金刀头的直角面匹配,便于贴合焊接。
上述技术方案中的有关内容解释如下:
1.上述方案中,所述第一焊片与所述第二焊片均为铜焊片。
2.上述方案中,所述第一焊片与所述第二焊片均为银焊片。
3.上述方案中,所述硬质合金刀头以及所述不锈钢基体的垂直焊接面的垂直度均小于或等于0.05mm,垂直度是为了更好的贴合硬质合金刀头。
4.上述方案中,所述硬质合金刀头以及所述不锈钢基体的垂直焊接面中圆角的圆弧(R)长度均占所述垂直焊接面长度的1/15~1/10,圆弧(R)可以减少因尖点造成的应力集中。
5.上述方案中,所述第一焊片和所述第二焊片的材质相同,即组份相同,以提高焊接性能,避免造成焊接钎料流失导致不均匀。
为达到上述目的,本发明采用的另一技术方案是:
一种盾构刀刀体的焊接工艺,用于焊接所述盾构刀刀体;所述焊接工艺包括:
步骤一、加工所述不锈钢基体
在所述不锈钢基体的结合部上加工直角面,该直角面为垂直焊接面,垂直度小于或等于0.05mm;同时在垂直焊接面的根部加工圆弧;
所述圆弧长度占所述垂直焊接面长度的1/15~1/10;
步骤二、加工所述硬质合金刀块
将所述硬质合金刀块的焊接面加工成直角面,垂直度小于或等于0.05mm;
所述硬质合金刀头的钴含量10~16%;
步骤三、成型焊片
通过模具将所述第一焊片和所述第二焊片成型,成型后的第一焊片和第二焊片均与所述不锈钢基体的垂直焊接面的形状相匹配;
步骤四、喷砂处理
对所述不锈钢基体和所述硬质合金刀头的垂直焊接面分别进行喷砂处理,喷砂完成后用酒精清洗;所述砂的目数大于30目;
步骤五、焊前装料
将所述不锈钢基体放平,依次放置所述第二焊片、所述不锈钢筛网、所述第一焊片、所述硬质合金刀头,且每放置一层均涂抹钎剂;
所述不锈钢筛网的目数为60~100目,其厚度为0.15~0.3mm,抗拉强度大于485Mpa,屈服强度大于或等于170Mpa;
步骤六、中频感应钎焊
将所述不锈钢基体放入一中频加热器中,要求垂直焊接面的两垂直面与水平面成45°角,所述中频加热器的加热区域完全覆盖所述垂直焊接面;中频加热器内设有中频感应器,该中频感应器的边缘与所述不锈钢基体的边缘具有一间隙,该间隙的长度为14~16mm;
其中,所述中频加热器的频率为500Hz~20KHz;
步骤七、启动中频加热器
所述中频加热器的运转时间为6~8min,所述不锈钢基体的升温速度小于或等于10°C/s;
当温度达到一目标温度时,采用火焰助焊,以使所述第一焊片、所述第二焊片熔化;
焊片熔化后,用焊条进行边缘补焊,所述焊条与两焊片的材质相同;当所述焊条熔化为焊料后使用工具对所述硬质合金刀头进行拨动,使硬质合金刀头处于所述不锈钢基体的结合部的正中位置;所述硬质合金刀头与所述不锈钢基体结合处的边缘堆满至少一圈焊料;
其中,在整个焊接过程中每隔1分钟加一次钎剂进行防氧化保护;
所述边缘补焊使用的火焰为乙炔和氧气的混合燃烧火焰,所述乙炔和所述氧气的体积比小于等于2:5;边缘补焊的时间为1.5~2min,以两焊片和焊条完全融化为准;
步骤八、焊后保温
当所述边缘补焊完成后,对盾构刀刀体进行人工时效处理,时间大于或等于8h。
上述技术方案中的有关内容解释如下:
1.上述方案中,所述第一焊片及所述第二焊片均为铜焊片,其材料包括以下重量份数的组份:
铜 45~65份;
锌 30~45份;
锰 2~7份;
锡 1~7份;
镍 1~7份;
于步骤七中,所述目标温度为800~850°C。
2.上述方案中,所述第一焊片及所述第二焊片均为银焊片,其材料包括以下重量份数的组份:
银 15~50份;
铜 20~45份;
锌 15~35份;
于步骤七中,所述目标温度为600~650°C。
3.上述方案中,所述人工时效具体为将盾构刀刀体插入密集的珍珠岩粉(或其他同样功效的保温材料)中进行保温,保温时间大于或等于8h。
4.上述方案中,于步骤五中,当所述不锈钢基体放平后,所述结合部的垂直焊接面中其中一个面呈水平状态,有助于焊接前填料时避免钎剂流失。
5.上述方案中,所述钎剂选用与焊片材质对应,如铜焊片选用铜焊钎剂,银焊片选用银焊钎剂,钎剂的作用是消除高温过程中产生的氧化物。
本发明的工作原理及优点如下:
本发明先采用中频加热器进行局部加热,当温度达到目标温度后采用火焰助焊,两层焊片加持一层不锈钢筛网,第一焊片与硬质合金刀头、不锈钢筛网的一侧通过毛细作用相连,第二焊片与不锈钢基体、不锈钢筛网的另一侧通过毛细作用相连。第一焊片、不锈钢筛网、第二焊片在焊接时紧紧结合在一起,形成钎焊接头。
相比现有技术而言,本发明通过采用局部加热和火焰助焊法,效率较整体加热法提升四倍以上,且操作简单,成本低;通过采用不锈钢筛网夹层法焊接,不锈钢筛网能有效减缓焊接过程中纵向面焊料的流失,使焊接更加牢固;同时不锈钢筛网夹层能有效缓解硬质合金刀头与不锈钢基体因应力集中造成的裂纹。
综上,本发明设计新颖,连接牢固,增强了焊接的成功率,不锈钢筛网在钎焊接头使用过程中可以起抵抗冲击和振荡的作用,提高了盾构刀刀体的结构强度,长期工作也不易破坏。
附图说明
附图1为本发明实施例的结构示意图;
附图2为图1的左视图;
附图3为图1的俯视图;
附图4为本发明实施例的分解爆炸图。
以上附图中:1.硬质合金刀头;2.第一焊片;3.不锈钢筛网;4.第二焊片;5.不锈钢基体;6.硬质合金刀头的垂直焊接面;7.不锈钢基体的垂直焊接面;8.结合部;R.圆弧。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述:
实施例:参见附图1~4所示,一种盾构刀刀体及其焊接工艺,所述盾构刀刀体包括从前向后依次贴合并焊接结合的硬质合金刀头1、第一焊片2、不锈钢筛网3、第二焊片4以及不锈钢基体5;所述第一焊片2与所述第二焊片4的材质相同。
所述硬质合金刀头1的焊接面为由两个相邻面组合而成的直角面,构成所述焊接面为垂直焊接面6,且两所述相邻面的转角为圆角;
所述第一焊片2、所述不锈钢筛网3、所述第二焊片4均为一直角面结构体,转角处设所述圆角;三者的形状均与所述硬质合金刀头1的直角面(即垂直焊接面6)匹配,便于贴合焊接;
所述不锈钢基体5的前端凹设有一结合部8,该结合部8的表面为直角面,该直角面为垂直焊接面7,转角处设所述圆角;所述结合部8的形状与所述硬质合金刀头1的直角面匹配,便于贴合焊接。
其中,所述第一焊片2与所述第二焊片4均为铜焊片或者均为银焊片。两焊片2、4的材质相同,即组份相同,可提高焊接性能,避免造成焊接钎料流失导致不均匀。
其中,所述硬质合金刀头1以及所述不锈钢基体5的垂直焊接面6、7的垂直度均小于或等于0.05mm,垂直度是为了更好的贴合硬质合金刀头。
所述焊接工艺包括以下步骤:
步骤一、加工所述不锈钢基体5
在所述不锈钢基体5的结合部8上加工直角面,该直角面为垂直焊接面7,垂直度小于或等于0.05mm;同时在垂直焊接面7的根部加工圆弧R,可以减少因尖点造成的应力集中;
所述圆弧R长度占所述垂直焊接面7长度的1/15~1/10;
步骤二、加工所述硬质合金刀块1
将所述硬质合金刀块1的焊接面加工成直角面,该直角面为垂直焊接面6,垂直度小于或等于0.05mm;同时在垂直焊接面6的根部加工圆弧R;
所述硬质合金刀头1的钴含量10~16%(重量百分比);
步骤三、成型焊片2、4
通过模具将所述第一焊片2和所述第二焊片4成型,成型后的第一焊片2和第二焊片4均与所述不锈钢基体5的垂直焊接面7的形状相匹配;
步骤四、喷砂处理
对所述不锈钢基体5和所述硬质合金刀头1的垂直焊接面7、6分别进行喷砂处理,喷砂完成后用酒精清洗;所述砂的目数大于30目;
喷砂的作用是去除影响焊接的污渍,大于30目可达到喷砂的要求:由残存的锈斑、油污、氧化皮等其他污渍引起的轻微变色总面积,在任何25x25mm2的区域内不允许超过3%;
步骤五、焊前装料
将所述不锈钢基体5放平,使所述结合部8的垂直焊接面7中其中一个面呈水平状态,有助于焊接前填料时避免钎剂流失;然后依次放置所述第二焊片2、所述不锈钢筛网3、所述第一焊片4、所述硬质合金刀头1,且每放置一层均涂抹钎剂;
所述不锈钢筛网3的目数为60~100目,其厚度为0.15~0.3mm,抗拉强度大于485Mpa,屈服强度大于或等于170Mpa;
步骤六、中频感应钎焊
将所述不锈钢基体5放入一中频加热器(未附图示)中,要求垂直焊接面7的两垂直面与水平面成45°角,所述中频加热器的加热区域完全覆盖所述垂直焊接面7;中频加热器内设有中频感应器,该中频感应器的边缘与所述不锈钢基体5的边缘具有一间隙,该间隙的长度为14~16mm;
其中,所述中频加热器的频率为500Hz~20KHz;
所述中频加热器的原理是在中频感应器里流通中频交变电流,在中频感应器中产生高密度的磁力线,该磁力线作用于金属材料,使金属材料中产生很大的感应电流,从而使不锈钢基体5的垂直焊接面7迅速升温;
步骤七、启动中频加热器
所述中频加热器的运转时间为6~8min,所述不锈钢基体5的升温速度小于或等于10°C/s;
当温度达到一目标温度时,采用火焰助焊,以使所述第一焊片2、所述第二焊片4熔化;(火焰助焊时无需从中频加热器中取出)
焊片2、4熔化后,用与焊片2、4同组份的焊条进行边缘补焊,所述焊条与两焊片2、4的材质相同;当所述焊条熔化为焊料后使用工具(如铜棒)对所述硬质合金刀头1进行拨动,使硬质合金刀头1处于所述不锈钢基体5的结合部的正中位置;所述硬质合金刀头1与所述不锈钢基体5结合处的边缘堆满至少一圈焊料;
其中,在整个焊接过程中每隔1分钟加一次钎剂进行防氧化保护;“整个焊接过程”是指中频加热、火焰助焊以及边缘补焊的全过程;
所述边缘补焊使用的火焰为乙炔和氧气的混合燃烧火焰,所述乙炔和所述氧气的体积比小于等于2:5;边缘补焊的时间为1.5~2min,以两焊片2、4和焊条完全融化为准;
步骤八、焊后保温
当所述边缘补焊完成后,对盾构刀刀体进行人工时效处理,时间大于或等于8h,以去除焊接结合处的应力。
其中,所述第一焊片2及所述第二焊片4均为铜焊片,其材料包括以下重量份数的组份:
铜 45~65份;
锌 30~45份;
锰 2~7份;
锡 1~7份;
镍 1~7份;
选择铜焊片时,于步骤七中,所述目标温度为800~850°C。
或者,所述第一焊片2及所述第二焊片4均为银焊片,其材料包括以下重量份数的组份:
银 15~50份;
铜 20~45份;
锌 15~35份;
选择银焊片时,于步骤七中,所述目标温度为600~650°C。
其中,所述人工时效具体为将盾构刀刀体插入密集的珍珠岩粉(或其他同样功效的保温材料)中进行保温,保温时间大于或等于8h。
其中,所述钎剂选用与焊片2、4材质对应,如铜焊片选用铜焊钎剂,银焊片选用银焊钎剂,钎剂的作用是消除高温过程中产生的氧化物。
本发明先采用中频加热器进行局部加热,当温度达到目标温度后采用火焰助焊,两层焊片2、4加持一层不锈钢筛网3,第一焊片2与硬质合金刀头1、不锈钢筛网3的一侧通过毛细作用相连,第二焊片4与不锈钢基体5、不锈钢筛网3的另一侧通过毛细作用相连。第一焊片2、不锈钢筛网3、第二焊片4在焊接时紧紧结合在一起,形成钎焊接头。
相比现有技术而言,本发明通过采用局部加热和火焰助焊法,效率较整体加热法提升四倍以上,且操作简单,成本低;通过采用不锈钢筛网夹层法焊接,不锈钢筛网能有效减缓焊接过程中纵向面焊料的流失,使焊接更加牢固;同时不锈钢筛网夹层能有效缓解硬质合金刀头与不锈钢基体因应力集中造成的裂纹。
综上,本发明设计新颖,连接牢固,增强了焊接的成功率,不锈钢筛网在钎焊接头使用过程中可以起抵抗冲击和振荡的作用,提高了盾构刀刀体的结构强度,长期工作也不易破坏。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点,其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施,并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种盾构刀刀体,其特征在于:
包括从前向后依次贴合并焊接结合的硬质合金刀头、第一焊片、不锈钢筛网、第二焊片以及不锈钢基体;所述第一焊片与所述第二焊片的材质相同;
所述硬质合金刀头的焊接面为由两个相邻面组合而成的直角面,构成所述焊接面为垂直焊接面,且两所述相邻面的转角为圆角;
所述第一焊片、所述不锈钢筛网、所述第二焊片均为一直角面结构体,转角处设为圆角;三者的形状均与所述硬质合金刀头的直角面匹配,便于贴合焊接;
所述不锈钢基体的前端凹设有一结合部,该结合部的表面为直角面,转角处设为圆角;所述结合部的形状与所述硬质合金刀头的直角面匹配,便于贴合焊接。
2.根据权利要求1所述的焊接工艺,其特征在于:所述第一焊片与所述第二焊片均为铜焊片。
3.根据权利要求1所述的焊接工艺,其特征在于:所述第一焊片与所述第二焊片均为银焊片。
4.根据权利要求1所述的焊接工艺,其特征在于:所述硬质合金刀头以及所述不锈钢基体的垂直焊接面的垂直度均小于或等于0.05mm。
5.根据权利要求1所述的焊接工艺,其特征在于:所述硬质合金刀头以及所述不锈钢基体的垂直焊接面中圆角的圆弧长度均占所述垂直焊接面长度的1/15~1/10。
6.一种盾构刀刀体的焊接工艺,其特征在于:用于焊接权利要求1中所述盾构刀刀体;所述焊接工艺包括:
步骤一、加工所述不锈钢基体
在所述不锈钢基体的结合部上加工直角面,该直角面为垂直焊接面,垂直度小于或等于0.05mm;同时在垂直焊接面的根部加工圆弧;
所述圆弧长度占所述垂直焊接面长度的1/15~1/10;
步骤二、加工所述硬质合金刀块
将所述硬质合金刀块的焊接面加工成直角面,垂直度小于或等于0.05mm;
所述硬质合金刀头的钴含量10~16%;
步骤三、成型焊片
通过模具将所述第一焊片和所述第二焊片成型,成型后的第一焊片和第二焊片均与所述不锈钢基体的垂直焊接面的形状相匹配;
步骤四、喷砂处理
对所述不锈钢基体和所述硬质合金刀头的垂直焊接面分别进行喷砂处理,喷砂完成后用酒精清洗;所述砂的目数大于30目;
步骤五、焊前装料
将所述不锈钢基体放平,依次放置所述第二焊片、所述不锈钢筛网、所述第一焊片、所述硬质合金刀头,且每放置一层均涂抹钎剂;
所述不锈钢筛网的目数为60~100目,其厚度为0.15~0.3mm,抗拉强度大于485Mpa,屈服强度大于或等于170Mpa;
步骤六、中频感应钎焊
将所述不锈钢基体放入一中频加热器中,要求垂直焊接面的两垂直面与水平面成45°角,所述中频加热器的加热区域完全覆盖所述垂直焊接面;中频加热器内设有中频感应器,该中频感应器的边缘与所述不锈钢基体的边缘具有一间隙,该间隙的长度为14~16mm;
其中,所述中频加热器的频率为500Hz~20KHz;
步骤七、启动中频加热器
所述中频加热器的运转时间为6~8min,所述不锈钢基体的升温速度小于或等于10°C/s;
当温度达到一目标温度时,采用火焰助焊,以使所述第一焊片、所述第二焊片熔化;
焊片熔化后,用焊条进行边缘补焊,所述焊条与两焊片的材质相同;当所述焊条熔化为焊料后使用工具对所述硬质合金刀头进行拨动,使硬质合金刀头处于所述不锈钢基体的结合部的正中位置;所述硬质合金刀头与所述不锈钢基体结合处的边缘堆满至少一圈焊料;
其中,在整个焊接过程中每隔1分钟加一次钎剂进行防氧化保护;
所述边缘补焊使用的火焰为乙炔和氧气的混合燃烧火焰,所述乙炔和所述氧气的体积比小于等于2:5;边缘补焊的时间为1.5~2min,以两焊片和焊条完全融化为准;
步骤八、焊后保温
当所述边缘补焊完成后,对盾构刀刀体进行人工时效处理,时间大于或等于8h。
7.根据权利要求6所述的焊接工艺,其特征在于:所述第一焊片及所述第二焊片均为铜焊片,其材料包括以下重量份数的组份:
铜 45~65份;
锌 30~45份;
锰 2~7份;
锡 1~7份;
镍 1~7份;
于步骤七中,所述目标温度为800~850°C。
8.根据权利要求6所述的焊接工艺,其特征在于:所述第一焊片及所述第二焊片均为银焊片,其材料包括以下重量份数的组份:
银 15~50份;
铜 20~45份;
锌 15~35份;
于步骤七中,所述目标温度为600~650°C。
9.根据权利要求6所述的焊接工艺,其特征在于:所述人工时效具体为将盾构刀刀体插入珍珠岩粉中进行保温,保温时间大于或等于8h。
10.根据权利要求6所述的焊接工艺,其特征在于:于步骤五中,当所述不锈钢基体放平后,所述结合部的垂直焊接面中其中一个面呈水平状态。
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