CN114850646B - 一种硬质合金片与金属基体间的电阻焊方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硬质合金片与金属基体间的电阻焊方法，属于复合硬面材料技术领域，包括：在洁净的金属基体表面粘贴带胶导电布或者喷涂导电胶；然后在粘贴好的导电布或者导电胶上粘附金属合金粉末，形成焊粉层；将硬质合金块放置于上述焊粉层表面，然后通过瞬间施加电流，此时，熔化的焊料将硬质合金块的下表面润湿，电流停止后，熔化的焊料冷却后将硬质合金块与金属基体焊接固定在一起；焊接后，焊料在硬质合金块与金属基体之间的间隙填充率大于95％，硬质合金片受热影响的程度小，无裂纹及崩边，与金属基体的结合强度高；在后续焊接过程中有效的减少了焊接产生的裂纹，从而可以在实际使用时减少磨损腐蚀介质通过微裂纹渗入基体中腐蚀基体，使得产品有更高的使用寿命。

Description

一种硬质合金片与金属基体间的电阻焊方法

技术领域

本发明属于复合硬面材料技术领域，具体是一种硬质合金片与金属基体间的电阻焊方法。

背景技术

硬面技术是指通过一定的方法使高硬度的材料涂覆在硬度相对较低，韧性较高的金属零件表面上，使材料表面能够形成高耐磨的涂层，同时又保持基体优良的机械性能的一种表面处理技术；其中常用的硬面技术有热喷涂，堆焊，烧结及喷焊等工艺技术方法，硬面技术能够大大提高机械零部件的使用寿命。

目前的硬面技术通常是将高耐磨的硬质合金块固定在金属零件表面，然后通过熔结，喷焊，烧结，堆焊等方式，使高硬度的硬质合金块及焊料与金属基体结合在一起，在表面形成硬面层。在制备硬面层的过程中，将硬质合金块与金属基体通过电阻焊的方法固定在一起；现有的电阻焊方法主要有两种，一种是大电流直接焊接，采用大电流利用电阻发热的原理将基体与合金块直接接触部位熔化后焊接在一起。另一种方案是在硬质合金块与基体之间增加金属丝网，并在金属丝网上附加铜焊片，在电阻焊过程中使用相对较小的电流熔化焊料，从而填充金属丝网与硬质合金块及金属材料基体使其结合在一起。

现有的电阻焊方式中，大电流直接焊接容易导致硬质合金块发生脱碳，脆化甚至开裂，而且在后续的喷焊或者堆焊过程中产生的应力容易使脆化的合金块产生微裂纹，进一步的会形成硬面的分层裂纹；添加金属丝网及焊片的方案的缺点是操作不方便，焊接外圆产品或者其他异型产品时无法很好的固定，尤其是在内孔产品时，焊片需要人工逐个放置，无法实现焊接的自动化，另外在后续的焊接过程中，由于金属丝网和铜片的双重叠加会造成部分金属丝网不能充分熔化形成夹渣，从而影响硬面层在基体上的结合强度，在应力释放过程中夹渣部位形成裂纹源，进一步导致硬面层产生裂纹。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硬质合金片与金属基体间的电阻焊方法可以增强硬质合金块与基体的焊接结合强度，无需使用大电流焊接，焊料可熔化充分，焊料形成的过渡层可以有效缓解焊接过程中产生的应力释放，减少后续焊接的硬面层裂纹，以解决上述背景技术中提出的问题和缺陷的至少一个方面。

根据本发明的一个方面，提供一种硬质合金片与金属基体间的电阻焊方法，包括以下步骤：

1)在洁净的金属基体表面粘贴裁剪好的带胶导电布；或者在洁净的金属基体表面喷涂导电胶，形成黏附层；

2)然后在粘贴好的导电布或者喷涂好的导电胶上喷涂或涂敷低熔点的合金粉末，形成焊粉层；

3)采用定制的自动化快速放电设备，首先将硬质合金块放置于上述焊粉层表面，然后通过瞬间施加电流，此时，熔化的焊料将硬质合金块的下表面润湿，电流停止后，熔化的焊料冷却后将硬质合金块与金属基体焊接固定在一起；

焊接后，焊料在硬质合金块与金属基体之间的填充率大于95％。

可选地，所述金属基体为钢、铝合金和铜合金中的一种。

可选地，所述黏附层厚度为5-20μm。

可选地，步骤1)中，喷涂导电胶前，先将导电胶与稀释剂按照质量比1:3-4.5的比例混合，备用。

可选地，所述稀释剂包括异丙醇、苯甲醇、环戊基甲醇、正丁醇、丙酮中至少一种。

可选地，所述合金粉末为镍基自熔性合金粉末、铁基自熔性合金粉末和钴基自熔性合金粉末中的一种或多种。

可选地，所述合金粉末的粒度为100-500目。

可选地，所述合金粉末的熔点低于1100℃，所述焊粉层的厚度为60-100μm。

可选地，步骤3)中施加电流为500-700A。

可选地，所述带胶导电布为铜镍导电胶布和纯铜导电胶布中的一种。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过这种方式电阻焊，使得焊接后的硬质合金块与基体的结合强度明显增高，在小电流的参数下，焊料熔化充分，焊料在硬质合金块与金属基体之间的填充率大于95％，此外硬质合金片受热影响的程度小，无裂纹及崩边；在后续焊接过程中有效的减少了焊接产生的裂纹，从而可以在实际使用时减少磨损腐蚀介质通过微裂纹渗入基体中腐蚀基体，使得产品有更高的使用寿命。通过总结对比，这种方式的电阻焊一件成本约为使用金属丝网的成本的1/2，约为使用热喷涂方法喷涂过渡层方案的1/10，可以大大减少其产品的制造生产成本；其电阻焊一件这个产品的时间约为40min，根据生产特点及常用设备的生产效率可以得知使用热喷涂方案及金属丝网的焊接时间分别约为3h和1.5h；所以采用带电导电胶布及喷涂焊粉的复合电阻焊方式不仅可以提高产品的生产效率，又能减少其制造成本。

附图说明

图1是本发明实施例提供的金属基体电阻焊过程图；

图2是本发明实施例提供的钢板基体表面电阻焊硬质合金块的成品图；

图3是本发明实施例提供的圆筒形金属基体电阻焊硬质合金片的成品图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。一种硬质合金片与金属基体间的电阻焊方法及其制备方法限制。

另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。

一方面，根据本发明的一个总体技术构思，提供一种硬质合金片与金属基体间的电阻焊方法，包括以下步骤：

选择需要加工的金属材料基体，基体可以根据实际要求进行选择，可以为钢、铝合金、铜合金等金属材料；将表面进行清洗吹干，去除杂质及油污；

根据基体形状选取合适大小的带胶导电布，导电布的厚度约100-150μm，其主要成分包含铜镍合金、铜银合金、锌银合金等导电性及焊接性好的纯金属及其合金，通过定制化的自动裁切机根据基体的大小将导电布进行裁剪成焊接面所需尺寸，然后快速粘贴在工件表面，使导电布与基体充分贴合即可。此外，该工序也可以选择导电胶喷涂的基体表面，形成黏附层，导电胶的成分可以根据市场常用的进行选择，一般选择导电胶中金属粉末填料焊接性能较好的导电胶，比如铜、镍、锌等，喷涂导电胶时需要先将其与稀释剂充分调和，达到粘度18-24s(涂4#杯)，然后采用空气喷枪将导电胶均匀喷涂在基体表面，使黏附层厚度为5-20μm；

然后采用自动化喷粉装置在粘贴好的导电布或者喷涂好的导电胶上喷涂一层低熔点的合金粉末，合金粉末粒度为100-500目，其主要成分为铁基自熔性合金粉末、镍基自熔性合金粉末、钴基自熔性合金粉末或者其他金属自熔性合金粉末，其熔点低于1100℃，焊粉层的厚度约60-100μm；这种方式的优点是喷粉装置无需特定设备及高温喷涂，只需要将粉粘牢在带胶导电布上即可，实现方式简单，成本低廉；

采用定制自动化的“快速放电”设备，首先将硬质合金块放置于上述焊粉层表面，然后通过瞬间施加电流，电流的大小为500-700A，使得硬质合金块与复合涂层瞬间发热，并且温度高于焊粉涂层的熔点，低于硬质合金的液相点。此时，熔化的焊料将硬质合金块的下表面润湿，当电流停止后，熔化焊料冷却后将硬质合金块与基体焊牢连接固定在一起。

对于其他异型不能实现自动化电阻焊的零件，也可以采取模板刻孔定位的形式，模板选取为0.5至3mm厚的石棉板，将刻好孔的模板固定在喷涂好的焊粉层上，其中孔的大小及排列根据图纸设计要求进行排列，可以是长方形，多边形及圆形等，然后将相应尺寸的硬质合金块放入孔内，通过电阻焊设备将硬质合金块，导电喷涂层及基体焊接在一起。

本实施例中，喷涂导电胶前，先将导电胶与稀释剂按照质量比1:3-4.5的比例混合，备用。稀释剂包括异丙醇、苯甲醇、环戊基甲醇、正丁醇、丙酮中至少一种。

本实施例中，金属基体的形状可以为平板状、圆筒状和异形结构。

实例1：

1)将加工好的尺寸为Φ130*Φ100*200mm的42CrMo钢件基体表面清洗干净，去除表面的赃物及油渍等；

2)根据其外圆面积计算，利用自动裁切机裁剪出相应尺寸的0.12mm厚的铜镍导电胶布；

3)将裁剪好的铜镍导电胶布粘贴在清洗好的基体外圆上，用塑料的刮板将其刮平整，使其与基体充分贴合无气泡凸起，铜镍导电胶布采购自深圳市华诚胶粘科技有限公司生产的导电胶布；

4)采用压缩空气式喷枪，将粒度为100-200目的铁基自熔性合金粉末(焊粉)，均匀喷涂在双面带胶的导电布表面，使其表面裹上薄薄一层焊粉，焊粉层厚度约为100μm；

5)将喷好焊粉的工件装夹在自动化的快速放电电阻焊设备的工装上，然后根据设计好的程序开始电阻焊，，电流设置为580A；使用的硬质合金片为市场上常用的YG10合金片，其尺寸为13.5mm*5mm*3mm；最终使得硬质合金片根据最初设定好的电阻焊程序逐片分散焊接在基体上；

通过这种方式电阻焊，使得焊接后的硬质合金块与基体的结合强度明显增高，在小电流的参数下，焊料熔化充分，焊料在硬质合金块与金属基体之间的填充率大于95％，此外硬质合金片受热影响的程度小，无裂纹及崩边；在后续焊接过程中有效的减少了焊接产生的裂纹，从而可以在实际使用时减少磨损腐蚀介质通过微裂纹渗入基体中腐蚀基体，使得产品有更高的使用寿命。通过总结对比，这种方式的电阻焊一件成本约为使用金属丝网的成本的1/2，约为使用热喷涂方法喷涂过渡层方案的1/10，可以大大减少其产品的制造生产成本；其电阻焊一件这个产品的时间约为40min，根据生产特点及常用设备的生产效率可以得知使用热喷涂方案及金属丝网的焊接时间分别约为3h和1.5h；所以采用带胶导电布及喷涂焊粉的复合电阻焊方式不仅可以提高产品的生产效率，又能减少其制造成本。

实例2：

1)将加工好的尺寸为300*200*30mm的45#钢板基体表面清洗干净，去除表面的赃物及油渍等；

2)根据其面积计算，在300*200mm面上电阻焊硬质合金，利用自动裁切机裁剪出尺寸300*200mm的0.14mm厚的纯铜导电胶布；

3)将裁剪好的纯铜导电胶布粘贴在清洗好的基体上，用塑料的刮板将其刮平整，使其与基体充分贴合无气泡凸起；

4)采用压缩空气式喷枪，将粒度为150-250目的镍基自熔性合金粉末(焊粉)，均匀喷涂在双面带胶的导电布表面，使其表面粘上薄薄一层焊粉，焊粉层厚度约为80μm；

5)将喷好焊粉的工件装夹在自动化的快速放电电阻焊设备的工装上，然后根据设计好的程序开始电阻焊，电流设置为650A；使用的硬质合金片为市场上常用的YG10合金片，其尺寸为13.5mm*5mm*3mm；最终使得硬质合金片根据最初设定好的电阻焊程序逐片分散焊接在基体上，成品如图2所示；

通过这种方式电阻焊，使得焊接后的硬质合金块与基体的结合强度明显增高，在小电流的参数下，焊料熔化充分，焊料在硬质合金块与金属基体之间的填充率达到99％，此外硬质合金片受热影响的程度小，无裂纹及崩边，如图2所示为其焊接喷砂后的照片；通过总结对比，这种方式的电阻焊一件成本约为使用金属丝网的成本的2/3，约为使用热喷涂方法喷涂过渡层方案的1/8，可以大大减少其产品的制造生产成本；其中电阻焊一件这个产品的时间约为30min，根据生产特点及常用设备的生产效率可以得知使用热喷涂方案及金属丝网的焊接时间分别约为2h和1h；所以采用带点导电胶布及喷涂焊粉的复合电阻焊方式不仅可以提高产品的生产效率，又能减少其制造成本。

实例3：

1)将加工好的尺寸为Φ150*Φ110*200mm的42CrMo基体表面清洗干净，去除表面的赃物及油渍等；

2)根据其面积计算，取适量的导电胶，该导电胶使用的是东莞市品恒胶业有限公司的PH8011环氧铜粉导电胶水，用苯甲醇稀释剂按1：4的比例调稀后，利用空气喷枪将导电胶均匀喷在内孔表面上，导电胶黏附层厚度约为15μm，而后静置3-5min；

3)采用压缩空气式喷枪，将粒度为200-400目的镍基自熔性合金粉末(焊粉)，均匀喷涂在导电胶表面，使其表面粘上薄薄一层焊粉，焊粉层厚度约为60μm；

5)将喷好焊粉的工件装夹在自动化的快速放电电阻焊设备的工装上，然后根据设计好的程序开始电阻焊，电流设置为520A；使用的硬质合金片为市场上常用的YG10合金片，其尺寸为13.5mm*5mm*3mm；最终使得硬质合金片根据最初设定好的电阻焊程序逐片分散焊接在基体上；

通过这种方式电阻焊，使得焊接后的硬质合金块与基体的结合强度明显增高，在小电流的参数下，焊料熔化充分，焊料在硬质合金块与金属基体之间的填充率大于95％，此外硬质合金片受热影响的程度小，无裂纹及崩边，如图3所示为其焊接喷砂后的照片；产品在后续堆焊过程中产生的裂纹极少，能够大幅度地提升产品质量，增加产品的使用寿命。通过总结对比，这种方式的电阻焊一件成本约为使用金属丝网的成本的1/3，约为使用热喷涂方法喷涂过渡层方案的1/30，可以大大减少其产品的制造生产成本；其电阻焊一件这个产品的时间约为45min，根据生产特点及常用设备的生产效率可以得知使用热喷涂方案及金属丝网的焊接时间分别约为3.5h和1.8h；所以采用带点导电胶布及喷涂焊粉的复合电阻焊方式不仅可以提高产品的生产效率，又能减少其制造成本。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种硬质合金片与金属基体间的电阻焊方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）在洁净的金属基体表面粘贴裁剪好的带胶导电布；或者在洁净的金属基体表面喷涂导电胶，形成黏附层；

2）然后在粘贴好的导电布或者喷涂好的导电胶上喷涂或涂敷低熔点的合金粉末，形成焊粉层；

3）采用定制的自动化快速放电设备，首先将硬质合金块放置于上述焊粉层表面，然后通过瞬间施加电流，此时，熔化的焊料将硬质合金块的下表面润湿，电流停止后，熔化的焊料冷却后将硬质合金块与金属基体焊接固定在一起；

焊接后，焊料在硬质合金块与金属基体之间的填充率大于95%；

步骤3）中施加电流为500-700A；

所述带胶导电布为铜镍导电胶布和纯铜导电胶布中的一种；使得焊接后的硬质合金块与基体的结合强度明显增高，在小电流的参数下，焊料熔化充分，焊料在硬质合金块与金属基体之间的填充率大于95%，此外硬质合金片受热影响的程度小，无裂纹及崩边；在后续焊接过程中有效的减少了焊接产生的裂纹，从而可以在实际使用时减少磨损腐蚀介质通过微裂纹渗入基体中腐蚀基体，使得产品有更高的使用寿命。

2.根据权利要求1所述的一种硬质合金片与金属基体间的电阻焊方法，其特征在于，所述金属基体为钢、铝合金和铜合金中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种硬质合金片与金属基体间的电阻焊方法，其特征在于，所述黏附层厚度为5-20μm。

4.根据权利要求1所述的一种硬质合金片与金属基体间的电阻焊方法，其特征在于，步骤1）中，喷涂导电胶前，先将导电胶与稀释剂按照质量比1:3-4.5的比例混合，备用。

5.根据权利要求4所述的一种硬质合金片与金属基体间的电阻焊方法，其特征在于，所述稀释剂包括异丙醇、苯甲醇、环戊基甲醇、正丁醇、丙酮中至少一种。

6.根据权利要求1所述的一种硬质合金片与金属基体间的电阻焊方法，其特征在于，所述合金粉末为镍基自熔性合金粉末、铁基自熔性合金粉末和钴基自熔性合金粉末中的一种或多种。

7.根据权利要求1或5所述的一种硬质合金片与金属基体间的电阻焊方法，其特征在于，所述合金粉末的粒度为100-500目。

8.根据权利要求1或5所述的一种硬质合金片与金属基体间的电阻焊方法，其特征在于，所述合金粉末的熔点低于1100℃，所述焊粉层的厚度为60-100μm。