CN114226899A - 一种截齿的复合钎焊方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种截齿的复合钎焊方法，涉及开采工具技术领域，所述方法包括：(a)在截齿基体上设置与硬质合金齿头相匹配的凹槽；(b)在所述截齿基体与硬质合金齿头之间的钎焊缝隙中填充铜基钎料和不锈钢丝网；(c)将含有金刚石的钎涂材料涂覆到所述截齿基体前端；(d)将待焊的截齿在保护气氛中进行感应加热同时进行所述硬质合金齿头与所述截齿基体的焊接以及金刚石耐磨涂层的成型；(e)使截齿冷却并在冷却的过程中淬火，淬火后回火保温。本发明的方法一步完成截齿硬质合金与基体的焊接、耐磨层的成型，在冷却过程中同时完成截齿的淬火热处理，大大节约了加热所需的能量，具有节能减排，绿色环保的特点，生产效率高，经济效益显著。
Description
技术领域
本发明涉及开采工具技术领域，尤其是涉及一种截齿的复合钎焊方法。
背景技术
掘进机、采煤机、旋挖钻机和铣刨机等广泛用于各种煤矿、隧道掘进、路面铣刨等工程施工。截齿安装在上述工程设备齿座上，作为钻采、切割和破碎矿物、岩石和路面材质的主要配件和耗损件。目前，广泛使用的有硬质合金截齿是由截齿基体和硬质合金齿头通过钎焊方式连接在一起，钢体材质如30CrMnTi、30CrMnSi、40CrNiMo、42CrMo等。为了进一步提高截齿的耐磨性能，部分截齿通常通过堆焊或激光熔覆的方式在截齿基体上从而制备耐磨层。
感应加热具有集肤效应的特点，进行感应加热时，金属表面被迅速加热，内部升温则较慢。需要通过持续加热，通过热传导，金属内部逐渐升温，达到加热金属内部的目的。
目前，截齿的制造过程为：在截齿基体上通过钎焊的方式将硬质合金齿头和截齿基体进行连接，将焊接好的截齿通过堆焊或激光熔覆的方式在截齿基体上制备耐磨层。此方式通过两步完成了截齿的制备，并且有两次加热过程，步骤复杂，且两次加热造成能量的大量浪费。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种截齿的复合钎焊方法，本发明通过选择合适的制备工艺，一步完成截齿硬质合金与基体的焊接、耐磨层的成型，在冷却过程中同时完成截齿的淬火热处理，大大节约了加热所需的能量。
本发明提供的技术方案如下：
一种截齿的复合钎焊方法，包括：
(a)在截齿基体上设置与硬质合金齿头相匹配的凹槽；
(b)在所述截齿基体与所述硬质合金齿头之间的钎焊缝隙中填充铜基钎料和不锈钢丝网；
(c)将含有金刚石的钎涂材料涂覆到所述截齿基体前端；
(d)将待焊的截齿在保护气氛中进行感应加热，同时进行所述硬质合金齿头与所述截齿基体的焊接以及金刚石耐磨涂层的成型；
(e)使截齿冷却并在冷却的过程中淬火，淬火后回火保温。
本发明所钎焊硬质合金的温度和所钎涂的含金刚石材料的熔化温度不同，符合感应加热的特点，有效解决了当加热达到钎焊硬质合金的温度时，已经超出钎料钎涂的温度，造成钎涂材料乱流，难成型的问题；或者达到合适钎焊硬质合金的温度时，钎涂涂层中的钎料未完全熔化，造成涂成不致密，耐磨性差的问题。
在一个实施方案中，所述感应加热的条件为加热至截齿表面温度1010～1180℃保温5～8s，加热平均速度为400～500℃/min。本发明提供的加热工件的热源为辐射加热炉。
在本发明中，感应加热至截齿表面温度包括但不限于1010℃、1020℃、1030℃、1050℃、1070℃、1090℃、1100℃、1110℃、1130℃、1150℃、1170℃和1180℃，保温时间包括但不限于5s、6s、7s和8s。
在一个实施方案中，冷却至790～810℃(包括但不限于795℃、798℃、800℃、805℃、808℃和810℃)时，进行淬火，淬火完成后，300～310℃(包括但不限于301℃、302℃、303℃、304℃、305℃、306℃、307℃、308℃、309℃、310℃)回火，回火保温时间30～35min(包括但不限于30、31、32、33、34和35min)。
在一个实施方案中，淬火时使用淬火液；优选地，淬火液为淬火油。
在一个具体实施方案中，回火保温后，工件在空气中自然冷却，钎焊完成。
在一个实施方案中，所述BCu57ZnMnCo钎料的熔化温度范围为880～909℃。
在一个实施方案中，所述含有金刚石的钎涂材料包含金刚石微粉、Ni基钎料和粘结剂；
其中，按质量百分比计，所述金刚石微粉和Ni基钎料占90～95％；所述粘结剂占5～10％；
所述金刚石微粉和Ni基钎料由质量百分比10～25％的金刚石微粉和75～90％的Ni基钎料组成。
在一个具体的实施方案中，所述Ni钎料为BNi82CrSiBFe。
在一个实施方案中，所述含有金刚石的钎涂材料包含金刚石微粉、BNi82CrSiBFe钎料和粘结剂；
其中，按质量百分比计，所述金刚石微粉和BNi82CrSiBFe钎料占90～95％；所述粘结剂占5～10％；
所述金刚石微粉和BNi82CrSiBFe钎料由质量百分比10～25％的金刚石微粉和75～90％的BNi82CrSiBFe钎料组成。
优选地，所述BNi82CrSiBFe钎料的熔化温度范围为970～1000℃(包括但不限于970℃、980℃、990℃和1000℃)；
进一步地，所述BNi82CrSiBFe钎料的粉末粒度为200～300目；所述金刚石微粉的粉末粒度为60～200目。
在一个实施方案中，将所述钎涂材料以钎料膏的形式进行涂覆；进一步地，涂覆厚度为1～2mm，涂覆后晾干。
在具体的实施方案中截齿基体前端部分周边设置耐磨层，也即将含金刚石的钎涂材料制成钎料膏进行涂覆到该部位，通过本发明的复合钎焊方法形成耐磨层。
在一个实施方案中，所述硬质合金在所述凹槽中侧面的间隙为0.05～0.1mm。
在一个实施方案中，在所述钎焊缝隙中依次填充铜基钎料、不锈钢丝网和铜基钎料；优选地，所述铜基钎料为铜基钎料片；
进一步地，所述不锈钢丝网的网孔尺寸为100～200目，丝径为0.1～2mm。
在一个具体的实施方案中，所述的铜基钎料为Cu57ZnMnCo。
本发明在硬质合金齿与基体之间焊接时放置一层不锈钢丝网，焊接完成后，缓解焊接残余应力，提高接头强度。
在一个具体的实施方案中，钎焊缝结构从下到上依次为：截齿基体、铜基钎料片、不锈钢丝网、铜基钎料和硬质合金齿头。
在一个实施方案中，感应加热时，当表面的含有金刚石的钎涂材料熔化时，对待焊工件施加机械振动；优选地，振动频率为20～40Hz；振动加速度为0.4～0.7m/s2。对待焊工件施加机械振动可充分排除产生的气体，确保无夹渣和夹气。
在一个实施方案中，所述保护气氛为惰性气体，优选为氩气。
在一个实施方案中，在步骤(a)后还包括将所述截齿基体和硬质合金的表面进行喷丸、喷砂处理，去除油污和氧化物，待焊部位打磨光亮；
在一个具体实施方案中，所述复合钎焊方法具体包括：
将截齿基体开凹槽，所述凹槽与硬质合金齿头匹配，将截齿基体和硬质合金表面喷丸、喷砂处理，去除油污和氧化物，待焊部位打磨光亮，凹槽与硬质合金侧面的间隙为0.01～2mm；
截齿基体与硬质合金齿头底部之间的间隙填充铜基钎料、一层不锈钢丝网，钢丝网孔100～200目，钢丝网丝径0.1～2mm；钎焊缝结构从下到上依次为：截齿基体、铜基钎料片、不锈钢丝网、铜基钎料、硬质合金齿头；所述铜基钎料的熔点为930～960℃；
金刚石耐磨涂层的制备：选用按质量百分比金刚石微粉10～25％、Ni基钎料75～90％，装入混料机混合，混合均匀得到混合料，备用；混合料和粘结剂后按质量百分比，混合物90～95％；粘结剂：5～10％，调制成膏状；所述的金刚石微粉为60～200目；Ni基钎料的熔点为1010～1180℃，Ni基钎料粉末的粒度为200～300目；
将含有金刚石的钎涂膏涂覆到截齿基体部位，涂覆厚度为1～2mm，晾干后待焊；
将待焊的截齿在气保护氛(氩气)中进行感应加热，加热的工艺参数为：感应加热至截齿表面温度1180～1200℃保温5～8s，冷却至800℃时，进行淬火(淬火液为淬火油)，淬火完成后，300～310℃回火，回火保温时间30～35min；在进行感应加热时，待表面金刚石钎涂材料熔化时，对待焊工件施加机械振动，振动频率为20～40Hz；振动加速度为0.4～0.7m/s2，停止加热时，同时停止施加振动。
有益效果：
(1)本发明一步完成了截齿硬质合金与基体的焊接、耐磨层的成型，在冷却过程中同时完成截齿的淬火热处理，大大节约了加热所需的能量，具有节能减排，绿色环保的特点，生产效率高，经济效益显著；
(2)选用含金刚石的材料作为耐磨涂层大大提高了截齿基体的耐磨性能；
(3)本发明的方法简单高效、生产成本低、无需后期处理，本发明的复合钎焊方法齿头与齿身结合牢固，可以避免焊缝处断裂的缺陷。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的截齿的复合钎焊的示意图(其中，1：截齿基体；2：硬质合金齿头；3：钎焊缝；4：金刚石耐磨涂层)。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为截齿的复合钎焊的示意图：在截齿基体(1)上设置与硬质合金齿头相匹配的凹槽；在所述截齿基体与硬质合金齿头(2)底部的钎焊缝间隙(3)中填充铜基钎料和不锈钢丝网；将含有金刚石的钎涂材料涂覆到所述截齿基体前端；将待焊的截齿在保护气氛中进行感应加热同时完成所述硬质合金齿头与所述截齿基体的焊接以及金刚石耐磨涂层(4)的成型；使截齿冷却并在冷却的过程中淬火，淬火后回火保温。
实施例1
A：将截齿基体开凹槽，凹槽与硬质合金齿头匹配，凹槽与硬质合金的间隙为0.1mm；
B：截齿基体与硬质合金齿头底部之间的间隙填充铜基钎料，一层不锈钢丝网，钢丝网孔200目，钢丝网丝径0.1mm。
所述的铜基钎料为BCu57ZnMnCo，所述钎料的熔点为880～909℃；
C：金刚石耐磨涂层的制备，选用按质量百分比金刚石微粉20％、Ni基钎料80％，混合均匀；混合均匀后再混合物中添加质量百分比5％的粘结剂；
所述的金刚石微粉为60～200目；Ni基钎料的熔点为970～1000℃，Ni基钎料粉末的粒度为200～300目；Ni钎料为BNi82CrSiBFe；
D：将含有金刚石的钎涂膏涂覆到截齿基体部位，钎涂膏涂覆厚度为1mm，晾干后待焊。
E：将待焊的截齿在气保护氛中进行感应加热，感应加热的工艺参数为：感应加热至截齿表面温度1080℃，加热速度为500℃/min，保温5s，冷却至800℃时，进行淬火，300℃回火，回火保温时间30min。
进一步的气保护氛为氩气；淬火时的淬火液为淬火油；
进一步在进行感应加热时，待表面金刚石涂层钎料熔化时，对待焊工件施加机械振动，振动频率为40Hz；加速度为0.6m/s2，停止加热时，同时停止施加振动。
实施例2
与实施例1类似，不同之处在于，所述感应加热的条件为加热至所述截齿的表面温度1100℃，保温6s。
实施例3
与实施例1类似，不同之处在于，冷却至810℃时，进行淬火，淬火后，310℃回火，回火保温时间33min。
实施例4
与实施例1类似，不同之处在于，选用按质量百分比金刚石微粉25％、Ni基钎料75％，混合均匀。
对比例1
采用市面上的截齿：无耐磨层的截齿、堆焊耐磨层的截齿与实施例1制备的截齿分别进行耐磨层部位的耐磨测试与截齿基体与硬质合金齿部位的连接强度。实施例2-4可实现与实施例1基本相当的技术效果。
对比例2--优化过程对比例：
与实施例1类似，不同之处在于，感应加热速度为800℃/min。加热速度快的缺点：温度传递到内部需要一定时间，时间过短内部铜基钎料不熔化或熔化不彻底，时间过长内部温度过高，硬质合金头部钎焊强度下降。
效果测试：
采用将截齿与钻铣床的主轴联结，制备仿形模具，模具设置有凹槽，凹槽上粘80#砂纸；凹槽与截齿相配合，凹槽粘有砂纸的部位与截齿耐磨层部位贴合。在固定钻铣床载荷的载荷情况下，试验1h，通过失重测试，实现对耐磨性的定量分析。
由上述测试结果可知，本申请的金刚石涂层相比于无耐磨层的截齿、堆焊耐磨层的截齿的耐磨性更优异。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种截齿的复合钎焊方法，其特征在于，包括：
(a)在截齿基体上设置与硬质合金齿头相匹配的凹槽；
(b)在所述截齿基体与所述硬质合金齿头之间的钎焊缝隙中填充铜基钎料和不锈钢丝网；
(c)将含有金刚石的钎涂材料涂覆到所述截齿基体的前端；
(d)将待焊的截齿在保护气氛中进行感应加热，同时进行所述硬质合金齿头与所述截齿基体的焊接以及金刚石耐磨涂层的成型；
(e)使截齿冷却并在冷却的过程中淬火，淬火后回火保温。
2.根据权利要求1所述的复合钎焊方法，其特征在于，所述感应加热的条件为加热至所述截齿的表面温度1010～1180℃，加热平均速度为400～500℃/min，保温5～8s。
3.根据权利要求1所述的复合钎焊方法，其特征在于，冷却至790～810℃时，进行淬火，淬火后，300～310℃回火，回火保温时间30～35min；
优选地，淬火时使用淬火液；更优选地，淬火液为淬火油。
4.根据权利要求1所述的复合钎焊方法，其特征在于，所述铜基钎料的熔化温度范围为880～909℃。
5.根据权利要求1所述的复合钎焊方法，其特征在于，所述含有金刚石的钎涂材料包含金刚石微粉、BNi82CrSiBFe钎料和粘结剂；
其中，按质量百分比计，所述金刚石微粉和BNi82CrSiBFe钎料占90～95％；所述粘结剂占5～10％；
所述金刚石微粉和BNi82CrSiBFe钎料由质量百分比10～25％的金刚石微粉和75～90％的BNi82CrSiBFe钎料组成。
6.根据权利要求5所述的复合钎焊方法，其特征在于，所述BNi82CrSiBFe钎料的熔化温度范围为970～1000℃；
进一步地，所述BNi82CrSiBFe钎料的粉末粒度为200～300目；所述金刚石微粉的粉末粒度为60～200目。
7.根据权利要求1或4所述的复合钎焊方法，其特征在于，在所述钎焊缝隙中依次填充BCu58ZnMn钎料、不锈钢丝网和BCu58ZnMn钎料；优选地，所述BCu58ZnMn钎料为钎料片；
进一步地，所述不锈钢丝网的网孔尺寸为100～200目，丝径为0.1～2mm。
8.根据权利要求1所述的复合钎焊方法，其特征在于，感应加热时，当表面含有金刚石的钎涂材料熔化时，对所述待焊的截齿施加机械振动；优选地，振动频率为20～40Hz；振动加速度为0.4～0.7m/s2。
9.根据权利要求1或2所述的复合钎焊方法，其特征在于，所述保护气氛为惰性气体，优选为氩气。
10.根据权利要求1所述的复合钎焊方法，其特征在于，在步骤(a)后还包括将所述截齿基体和硬质合金的表面进行喷丸、喷砂处理，去除油污和氧化物，待焊部位打磨光亮。
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