CN110125510A - 用于制备长尺寸硬质合金的电阻钎焊连接方法 - Google Patents
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Abstract
用于制备长尺寸硬质合金的电阻钎焊连接方法，它涉及长尺寸硬质合金的焊接方法。它要解决现有硬质合金与硬质合金的焊接存在接头易磨损、工作强度较低和润湿性能差的问题。方法1：一、钎料置于试样中间，放在正负电极上，用超声工具头压紧焊接试样，进行预焊；二、预焊停止后，加大电流处理，继续加大电流处理，降至室温即完成。方法2：一、钎料置于试样中间，放在正负电极上，用超声工具头压紧焊接试样，进行预焊且焊后保压；二、预焊停止后，加大电流处理并保压，继续加大电流处理，降至室温即完成。本发明得到良好的钎焊接头，接头具有较好的力学性能，接头处残余应力将大大减小；有效提高了接头的强度，接头不易磨损，工作强度高。
Description
技术领域
本发明涉及长尺寸硬质合金的焊接方法。
背景技术
现代纸张裁剪加工行业对质量精度和裁剪尺寸要求都非常高，如在大尺寸的纸张加工过程中出现划痕或者撕裂都会导致整个产品的报废。所以对相应的大尺寸高质量的纸张裁剪加工刀具的需求也变得相当的迫切。硬质合金与其它合金工具钢相比，是一种高生产率的工具材料。具有硬度高，其硬度一般在HRA86-93之间；红硬性好，只有当使用温度高于500℃时，硬度才开始降低；还具有良好的耐磨性，制成的刀具刃口锋利，不易变形，常用于刀具和刃具等的制作。硬质合金的制备过程是将高熔点、高硬度的金属碳化物粉末与黏结剂混合，用粉末冶金法压制成各种所需形状的工件。由于其制备方法的限制，难以生产出大尺寸的硬质合金材料，势必要使用焊接方法来连接。
关于硬质合金与硬质合金的焊接主要存在两个问题，并成为限制硬质合金焊接发展的瓶颈技术。这两个问题分别是：其一是填充材料合金的选取问题。如果选取普通填充材料，填充材料与硬质合金相比硬度、耐磨性往往相差很多，在工作中填充材料会首先磨损，这样会在其加工材料纸、布等上面留下凸痕，影响产品的质量，严重时会使产品无法使用；其二填充材料与硬质合金这两种材料的热膨胀系数方面存在很大的差异，润湿性能差；尤其是在焊接过程中产生较大的残余应力，工作强度较低，造成硬质合金接头部位严重弯曲，在后续的加工处理中就会导致硬质合金出现裂纹直至碎裂；所以把硬质合金焊接成为高质量大尺寸的产品的焊接难度大，技术含量高，焊接问题一直难以解决。
发明内容
本发明目的是解决现有硬质合金与硬质合金的焊接存在接头易磨损、工作强度较低和润湿性能差的问题，而提供用于制备长尺寸硬质合金的电阻钎焊连接方法。
用于制备长尺寸硬质合金的电阻钎焊连接方法，按以下步骤实现：
一、采用电阻钎焊连接两个硬质合金试样，焊接时正负电极并排安装，箔状Ag-Cu钎料置于两个硬质合金试样中间，且放在正负电极上，然后用超声工具头压紧焊接试样，压力为5～15KN，然后在超声频率为20000HZ、超声时间为1～500ms、焊接电源功率为120KW、电源频率为1000～1500HZ、中频脉冲电流为3～150kA的条件下预焊1～500ms；
二、步骤一中预焊停止后，在压力为8～20KN、中频脉冲电流为5～250kA、超声频率为20000HZ、超声时间为1～500ms的条件下处理1～500ms，然后在压力为8～20KN、中频脉冲电流5～300kA、超声频率为20000HZ、超声时间为1～500ms的条件下处理1～500ms，再以10～30℃/min的速率降温至室温，即完成用于制备长尺寸硬质合金的电阻钎焊连接。
用于制备长尺寸硬质合金的电阻钎焊连接方法，还可以按以下步骤实现：
一、采用电阻钎焊连接两个硬质合金试样，焊接时正负电极并排安装，箔状Ag-Cu钎料置于两个硬质合金试样中间，且放在正负电极上，然后用超声工具头压紧焊接试样，压力为5～15KN，然后在超声频率为20000HZ、超声时间为1～500ms、焊接电源功率为120KW、电源频率为1000～1500HZ、中频脉冲电流为3～150kA的条件下预焊1～500ms，然后保压1～10min；
二、步骤一结束后，在压力为8～20KN、中频脉冲电流为5～250kA、超声频率为20000HZ、超声时间为1～500ms的条件下处理1～500ms，然后保压1～10min，再在压力为8～20KN、中频脉冲电流5～300kA、超声频率为20000HZ、超声时间为1～500ms的条件下处理1～500ms，再以10～30℃/min的速率降温至室温，即完成用于制备长尺寸硬质合金的电阻钎焊连接。
本发明的有益效果是：
一、本发明中电阻钎焊连接方法，更适合用于制备长尺寸硬质合金产品，采用超声振动和电阻加热的钎焊方式获得硬质合金与硬质合金的接头，可以得到良好的钎焊接头，其接头使用性能接近硬质合金母材使用性能的80％～90％；在电阻钎焊过程中，超声的空化作用和声流效应可以去除界面氧化膜，使钎料合金与硬质合金达到冶金结合，有效提高了接头的强度，接头不易磨损，工作强度高；电阻加热时间快，在焊接时间停留准确，可以提高钎缝的焊合率和接头强度；随着施加超声振动压力，起到了促进钎料润湿母材，去除液态钎料中的气泡，提高熔融钎料的流动铺展性，改善钎焊效果的作用，并且焊缝厚度可以减小到50μm以内；采用箔状Ag-Cu钎料进行硬质合金钎焊时，可避免焊后钎缝中出现缺陷，使焊缝处保持完整、光滑、无裂痕；钎焊结束后以10～30℃/min的降温速率至室温，焊后接头处残余应力将大大减小。
二、本发明工艺简单，待焊材料无需表面预处理，节省了时间与成本，适合推广应用。
附图说明
图1为具体实施方式一和六中硬质合金电阻钎焊的示意图，其中1表示硬质合金，2表示超声工具头，3表示超声振动方向，4表示箔状Ag-Cu钎料，5表示正负电极；
图2为实施例1中硬质合金电阻钎焊接头的外观形貌图；
图3为实施例2中硬质合金电阻钎焊接头的微观组织图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：如图1所示，本实施方式用于制备长尺寸硬质合金的电阻钎焊连接方法，按以下步骤实现：
一、采用电阻钎焊连接两个硬质合金试样，焊接时正负电极并排安装，箔状Ag-Cu钎料置于两个硬质合金试样中间，且放在正负电极上，然后用超声工具头压紧焊接试样，压力为5～15KN，然后在超声频率为20000HZ、超声时间为1～500ms、焊接电源功率为120KW、电源频率为1000～1500HZ、中频脉冲电流为3～150kA的条件下预焊1～500ms；
二、步骤一中预焊停止后，在压力为8～20KN、中频脉冲电流为5～250kA、超声频率为20000HZ、超声时间为1～500ms的条件下处理1～500ms，然后在压力为8～20KN、中频脉冲电流5～300kA、超声频率为20000HZ、超声时间为1～500ms的条件下处理1～500ms，再以10～30℃/min的速率降温至室温，即完成用于制备长尺寸硬质合金的电阻钎焊连接。
本实施方式步骤一中两个硬质合金试样的尺寸均为0.1～5m；两个硬质合金试样的待焊面为能够相互对接的斜面。
本实施方式步骤一中预焊停止后两个硬质合金试样焊接压合形成良好的导电体。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，步骤一中箔状Ag-Cu钎料的厚度为0.01～0.5mm。其它步骤及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的是，步骤一中箔状Ag-Cu钎料的组成按重量比为10％～60％的Cu、10％～40％的Ag、1％～70％的Sn、1％～10％的Ti、0.1％～10％的B和0.1％～10％的In。其它步骤及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之一不同的是，步骤一中压力为10KN，然后在超声频率为20000HZ、超声时间为300ms、焊接电源功率为120KW、电源频率为1200HZ、中频脉冲电流为50kA的条件下预焊300ms。其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是，步骤二中在压力为15KN、中频脉冲电流为120kA、超声频率为20000HZ、超声时间为300ms的条件下处理300ms，然后在压力为15KN、中频脉冲电流200kA、超声频率为20000HZ、超声时间为300ms的条件下处理300ms，再以20℃/min的速率降温至室温。其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：如图1所示，本实施方式用于制备长尺寸硬质合金的电阻钎焊连接方法，还可以按以下步骤实现：
一、采用电阻钎焊连接两个硬质合金试样，焊接时正负电极并排安装，箔状Ag-Cu钎料置于两个硬质合金试样中间，且放在正负电极上，然后用超声工具头压紧焊接试样，压力为5～15KN，然后在超声频率为20000HZ、超声时间为1～500ms、焊接电源功率为120KW、电源频率为1000～1500HZ、中频脉冲电流为3～150kA的条件下预焊1～500ms，然后保压1～10min；
二、步骤一结束后，在压力为8～20KN、中频脉冲电流为5～250kA、超声频率为20000HZ、超声时间为1～500ms的条件下处理1～500ms，然后保压1～10min，再在压力为8～20KN、中频脉冲电流5～300kA、超声频率为20000HZ、超声时间为1～500ms的条件下处理1～500ms，再以10～30℃/min的速率降温至室温，即完成用于制备长尺寸硬质合金的电阻钎焊连接。
本实施方式步骤一中两个硬质合金试样的尺寸均为0.1～5m；两个硬质合金试样的待焊面是能够相互对接的斜面。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六不同的是，步骤一中箔状Ag-Cu钎料的厚度为0.01～0.5mm。其它步骤及参数与具体实施方式六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式六或七不同的是，步骤一中箔状Ag-Cu钎料的组成按重量比为10％～60％的Cu、10％～40％的Ag、1％～70％的Sn、1％～10％的Ti、0.1％～10％的B和0.1％～10％的In。其它步骤及参数与具体实施方式六或七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式六至八之一不同的是，步骤一中压力为10KN，然后在超声频率为20000HZ、超声时间为200ms、焊接电源功率为120KW、电源频率为1200HZ、中频脉冲电流为100kA的条件下预焊200ms，然后保压8min。其它步骤及参数与具体实施方式六至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式六至九之一不同的是，步骤二中在压力为15KN、中频脉冲电流为150kA、超声频率为20000HZ、超声时间为200ms的条件下处理200ms，然后保压8min，再在压力为15KN、中频脉冲电流240kA、超声频率为20000HZ、超声时间为200ms的条件下处理200ms，再以20℃/min的速率降温至室温。其它步骤及参数与具体实施方式六至九之一相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例1：
用于制备长尺寸硬质合金的电阻钎焊连接方法，按以下步骤实现：
一、采用电阻钎焊连接两个硬质合金试样，焊接时正负电极并排安装，箔状Ag-Cu钎料置于两个硬质合金试样中间，且放在正负电极上，然后用超声工具头压紧焊接试样，压力为10KN，然后在超声频率为20000HZ、超声时间为300ms、焊接电源功率为120KW、电源频率为1200HZ、中频脉冲电流为50kA的条件下预焊300ms；
二、步骤一中预焊停止后，在压力为15KN、中频脉冲电流为120kA、超声频率为20000HZ、超声时间为1～500ms的条件下处理300ms，然后在压力为15KN、中频脉冲电流200kA、超声频率为20000HZ、超声时间为300ms的条件下处理300ms，再以20℃/min的速率降温至室温，即完成用于制备长尺寸硬质合金的电阻钎焊连接。
本实施例步骤一中箔状Ag-Cu钎料的厚度为0.2mm。
本实施例中制备所得长尺寸硬质合金接头的外观形貌如图2所示，可见具有焊缝尺寸小。
本实施例中制备所得长尺寸硬质合金接头的使用性能接近硬质合金母材使用性能的80％。
实施例2：
用于制备长尺寸硬质合金的电阻钎焊连接方法，按以下步骤实现：
一、采用电阻钎焊连接两个硬质合金试样，焊接时正负电极并排安装，箔状Ag-Cu钎料置于两个硬质合金试样中间，且放在正负电极上，然后用超声工具头压紧焊接试样，压力为10KN，然后在超声频率为20000HZ、超声时间为200ms、焊接电源功率为120KW、电源频率为1200HZ、中频脉冲电流为100kA的条件下预焊200ms，然后保压5min；
二、步骤一结束后，在压力为15KN、中频脉冲电流为150kA、超声频率为20000HZ、超声时间为200ms的条件下处理200ms，然后保压5min，再在压力为15KN、中频脉冲电流240kA、超声频率为20000HZ、超声时间为200ms的条件下处理200ms，再以20℃/min的速率降温至室温，即完成用于制备长尺寸硬质合金的电阻钎焊连接。
本实施例步骤一中箔状Ag-Cu钎料的厚度为0.1mm。
本实施例中制备所得长尺寸硬质合金接头的微观组织如图3所示，可见具有焊接接头组织均匀无缺陷。
本实施例中制备所得长尺寸硬质合金接头的使用性能接近硬质合金母材使用性能的90％。
Claims (10)
1.用于制备长尺寸硬质合金的电阻钎焊连接方法，其特征在于它按以下步骤实现：
一、采用电阻钎焊连接两个硬质合金试样，焊接时正负电极并排安装，箔状Ag-Cu钎料置于两个硬质合金试样中间，且放在正负电极上，然后用超声工具头压紧焊接试样，压力为5～15KN，然后在超声频率为20000HZ、超声时间为1～500ms、焊接电源功率为120KW、电源频率为1000～1500HZ、中频脉冲电流为3～150kA的条件下预焊1～500ms；
二、步骤一中预焊停止后，在压力为8～20KN、中频脉冲电流为5～250kA、超声频率为20000HZ、超声时间为1～500ms的条件下处理1～500ms，然后在压力为8～20KN、中频脉冲电流5～300kA、超声频率为20000HZ、超声时间为1～500ms的条件下处理1～500ms，再以10～30℃/min的速率降温至室温，即完成用于制备长尺寸硬质合金的电阻钎焊连接。
2.根据权利要求1所述的用于硬质合金刀刃的闪光对焊连接方法，其特征在于步骤一中箔状Ag-Cu钎料的厚度为0.01～0.5mm。
3.根据权利要求1所述的用于硬质合金刀刃的闪光对焊连接方法，其特征在于步骤一中箔状Ag-Cu钎料的组成按重量比为10％～60％的Cu、10％～40％的Ag、1％～70％的Sn、1％～10％的Ti、0.1％～10％的B和0.1％～10％的In。
4.根据权利要求1所述的用于硬质合金刀刃的闪光对焊连接方法，其特征在于步骤一中压力为10KN，然后在超声频率为20000HZ、超声时间为300ms、焊接电源功率为120KW、电源频率为1200HZ、中频脉冲电流为50kA的条件下预焊300ms。
5.根据权利要求1所述的用于硬质合金刀刃的闪光对焊连接方法，其特征在于步骤二中在压力为15KN、中频脉冲电流为120kA、超声频率为20000HZ、超声时间为300ms的条件下处理300ms，然后在压力为15KN、中频脉冲电流200kA、超声频率为20000HZ、超声时间为300ms的条件下处理300ms，再以20℃/min的速率降温至室温。
6.用于制备长尺寸硬质合金的电阻钎焊连接方法，其特征在于它按以下步骤实现：
一、采用电阻钎焊连接两个硬质合金试样，焊接时正负电极并排安装，箔状Ag-Cu钎料置于两个硬质合金试样中间，且放在正负电极上，然后用超声工具头压紧焊接试样，压力为5～15KN，然后在超声频率为20000HZ、超声时间为1～500ms、焊接电源功率为120KW、电源频率为1000～1500HZ、中频脉冲电流为3～150kA的条件下预焊1～500ms，然后保压1～10min；
二、步骤一结束后，在压力为8～20KN、中频脉冲电流为5～250kA、超声频率为20000HZ、超声时间为1～500ms的条件下处理1～500ms，然后保压1～10min，再在压力为8～20KN、中频脉冲电流5～300kA、超声频率为20000HZ、超声时间为1～500ms的条件下处理1～500ms，再以10～30℃/min的速率降温至室温，即完成用于制备长尺寸硬质合金的电阻钎焊连接。
7.根据权利要求6所述的用于硬质合金刀刃的闪光对焊连接方法，其特征在于步骤一中箔状Ag-Cu钎料的厚度为0.01～0.5mm。
8.根据权利要求6所述的用于硬质合金刀刃的闪光对焊连接方法，其特征在于步骤一中箔状Ag-Cu钎料的组成按重量比为10％～60％的Cu、10％～40％的Ag、1％～70％的Sn、1％～10％的Ti、0.1％～10％的B和0.1％～10％的In。
9.根据权利要求6所述的用于硬质合金刀刃的闪光对焊连接方法，其特征在于步骤一中压力为10KN，然后在超声频率为20000HZ、超声时间为200ms、焊接电源功率为120KW、电源频率为1200HZ、中频脉冲电流为100kA的条件下预焊200ms，然后保压8min。
10.根据权利要求6所述的用于硬质合金刀刃的闪光对焊连接方法，其特征在于步骤二中在压力为15KN、中频脉冲电流为150kA、超声频率为20000HZ、超声时间为200ms的条件下处理200ms，然后保压8min，再在压力为15KN、中频脉冲电流240kA、超声频率为20000HZ、超声时间为200ms的条件下处理200ms，再以20℃/min的速率降温至室温。
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