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硬质合金钎焊工艺

时间:2015-09-17 21:13:27来源:本站人气:1251

      硬质合金工具钎焊过程的工艺要点较多,其中有十个主要因素和六个相关因素。

      这十个主要因素是:钎焊前处理、加热制度、钎剂添加、接头间隙、润湿与流铺、毛细填缝、温度场控制、钎料与母材的相互作用、钎焊冷却过程、焊后处理。

      6个相关要素是:钎料钎剂选用、工艺方法制订、工艺装备选用、质量检验、职业卫生防护、环保要求。

      1、硬质合金工具常用钎焊方法 
      钎焊加热过程的主要作用在于保证必要的温度场,确保配合适当的母材与钎料、钎剂或气体介质之间进行必要的物理化学过程,从而获得优良的钎焊接头。

      硬质合金工具常用钎焊方法有:火焰钎焊、感应钎焊、(自动)电炉钎焊、油气炉钎焊、焦炭炉钎焊、真空炉钎焊、(自动)气保护炉钎焊、电阻钎焊、自动火焰钎焊、自动感应钎焊、浸渍钎焊(包含浸铜钎焊)。

      2、钎焊工艺过程及工艺参数确定
      钎焊工艺过程,是指根据硬质合金和基体的性质设计接头结构、选定钎焊工艺方法、选定钎料钎剂、确定钎焊工艺参数、进行焊前零件的表面处理、零件装配和定位、钎料添加、焊后处理等内容。

      在所有硬质合金钎焊工艺参数中,钎料选用、钎焊温度和保温时间是最重要的。钎料决定润湿性和钎缝强度;温度和时间影响钎料填缝与母材的相互作用过程,从而决定了钎缝的机械性能。其次,加热速度和冷却速度也对接头性能有较大的影响。

    钎焊温度是钎焊过程中最重要的工艺参数。在钎焊温度下,除了钎料熔化、填缝并与母材相互作用形成接头外,还可完成钎焊后的热处理,以改善基体的性能。确定钎焊温度的主要依据是所选用钎料的熔化温度。一般而言,钎焊温度应适当地高于钎料的液相线,通常定为比钎料的液相线温度高25—50℃。较高的钎焊温度可以减小钎料的表面张力,改善润湿和填缝,并使钎料与母材充分相互作用,从而提高接头的强度。但是,过高的钎焊温度可能引起钎料中低沸点、高蒸气压元素的蒸发形成气孔,并使钎料氧化产生焊渣以及基体硬度降低、组织改变,从而导致接头强度的下降。

      保温时间是钎焊过程中较重要的参数之一。足够的保温时间是钎料同硬质合金与基体相互扩散、形成牢固结合所必需的,尤其是几何尺寸大的工具,应适当延长钎焊保温时间。但是,几何尺寸小和钎缝间隙比较小时,应尽量缩短钎焊的保温时间.以提高工作效率。

      应当说明,对钎焊温度和保温时间不能孤立地进行确定。钎焊温度和保温时间之间存在着一定的互补关系,也就是升高温度可以缩短时间,采用所谓的硬规范;反之也可以延长时间,降低温度,采用所谓的软规范。

      加热速度对钎焊接头的质量也有一定的影响。加热速度过快,会使工具温度分布不均而产生应力、变形、开裂;加热速度过慢,又会导致基体晶粒长大、钎料中低沸点元素的蒸发以及钎剂的分解等有害过程的发生。因此,在保证均匀加热的前提下,应尽量缩短加热时间。具体确定加热速度时,必须结合工具尺寸、所焊母材和所用钎料的特性等因素加以综合考虑。

      工具冷却虽是在钎焊保温结束后进行的,但冷却速度对接头性能也有影响。冷却速度过慢,可能引起基体晶粒长大、强化相析出或残余奥氏体出现;加快冷却速度,有利于细化钎缝组织并减小枝晶偏析,从而提高接头的强度;但冷却速度过高,可能导致硬质合金产生裂纹,也可能因钎缝迅速凝固使气体来不及逸出而形成气孔。因此,具体确定冷却速度时,必须结合工具尺寸、硬质合金种类和钎料特性等因素加以综合考虑。

      3、零件装配、定位与钎料添加
      零件的装配和定位,是指在钎焊过程中或钎焊前,按设计要求将分散的零件组成一个整体,使各零件彼此间保持正确的相对位置,并相对稳定,从而获得设计所要求的钎缝间隙,使钎焊后焊件的总体尺寸得到保证。

      正确而可靠的装配和定位,是顺利实现钎焊并获得符合技术要求的接头和焊件的重要保证。对于钎焊前装配的零件,为了防止在钎焊施工中零件的错动,还要对零件进行定位,即采取适当的方法把零件固定在装配备好的位置上。

      定位方法可分为自身定位和夹具定位两大类别。生产实践中,常常根据焊件的结构、技术要求、钎焊方法及生产类型等特点选用定位方法。

      自身定位是一种较简易的定位方法,适用于尺寸小、结构简单、技术要求较低的零件。自身定位还可细分为重力定位、配合定位、突起部定位、工艺墙定位、点固焊定位、销钉定位及弹簧夹定位等多种方法。

      重力定位是利用零件本身的重力来实现定位的方法,简单易行,适用于平面接头的零件。

      配合定位是利用零件间的间隙配合或过盈配合来实现的,简单可靠,但钎缝间隙不均匀。

      突起部定位是靠在零件上制出的凸台、滚花、翻边、扩口、旋压、镦粗、收口和咬边来定位的,简便但不可靠,有时难于保证均匀的间隙。

       定位焊定位是利用电阻焊或弧焊以间断式焊点来定位的,即简单迅速,又牢固可靠,但受零件结构限制。

       销钉定位是利用销子、螺丝或铆钉进行定位,定位稳定可靠,但定位过程繁琐。

       弹簧夹定位是利用弹簧的夹紧作用实现的,定位简便迅速,但因夹紧力或工件变形的限制而使定位不够可靠。

      自锁定位是利用凸轮或杆系机构的自锁夹紧作用实现的,定位简便迅速,夹紧力稳定可靠。

      4、钎焊的预处理及焊后处理
      硬质合金的钎焊与其他材料的钎焊一样,需要进行焊前、焊后的处理。焊前预处理的目的是为施焊创造有利条件,以获得优质钎缝;焊后处理的目的是为了消除残余应力等不良影响。

       一般情况下,硬质合金表面残存着烧结产生的氧化物,基体表面在钎焊前的加工和存放过程中,不可避免地覆盖着油脂和灰尘等。由于这些表面覆盖物会妨碍液态钎料在母材上的流铺和填缝,因而在钎焊前必须将它们彻底清除。对于TiC基合金,还要对硬质合金表面镀覆金属以提高可焊性。另一方面,对零件的非钎焊表面涂覆阻流剂,以减轻焊后处理的工作量。

       去除氧化膜是硬质合金焊前预处理的主要内容。去除表面氧化膜的方法主要包括机械去膜、化学去膜、超声波去膜及电化学去膜等。各种方法都有自身的特点,选择时应综合考虑。

       机械去膜是去除表面氧化物简单、可行的方法,大批量生产时用喷砂或喷丸去膜,生产效率高;单件生产时用锉刀、刮刀、金属丝轮或砂布打磨去膜。

       去除油污是基体焊前预处理的主要内容。去除表面油污的方法主要包括物理清洗、化学去膜、超声波去膜及电化学去膜等。

       物理清洗是用汽油、酒精、丙酮、三氯乙烯等有机溶剂溶解清除基体表面油脂。

      化学去膜是利用酸或碱能够溶解某些氧化物的原理,生产中常用的有硫酸、盐酸、硝酸、氢氟酸以及他们的混合物水溶液和氢氧化钠水溶液等。化学去膜是批量生产中主要采用的方法,不但生产效率高,去除效果好,而且质量易于控制。但其工艺过程较复杂,去膜及清洗时间较长,操作不当可能造成过浸蚀。

      超声波去膜是利用超声波在液体介质中传播时产生的空化作用来实现的,特别适宜去除较隐蔽的内表面油污。所采用的液体介质可以是水、有机溶剂,也可以是化学去膜液。综合采用化学去膜液的超声波去膜,更为迅速而有效。

      电化学去膜实际是电净处理,零件在电解槽中接阴极或阳极,去膜的速度由电流密度和去膜时间控制。与单纯的化学去膜相比,电化学去膜具有去膜效果好和所需时间短的特点,适合于批量生产。

      经过化学去膜、超声波去膜及电化学去膜零件,在去膜后还必须对零件表面上的去膜液进行中和处理或对零件表面进行光泽处理,随后在热水中冲洗并加以干燥。经过预处理的零件在运送、装配和定位等过程中,必须谨慎操作,并尽量缩短存放时间,从速完成钎焊,防止二次污染。

      钎焊前对零件表面镀覆金属是一项特殊的预处理工艺¨“,一般是为了达到简化钎焊工艺或改善钎焊质量的目的。对于难钎焊的硬质合金而言,它却是实现钎焊连接的根本途径。

      零件表面镀覆金属可用电镀、化学镀、蒸发镀、热浸渍及压敷等工艺方法。从镀覆金属层的目的出发,镀覆层可分为工艺镀层、防护镀层和钎料镀层三类。

      工艺镀层主要用以改善或简化钎焊工艺条件,主要用于较难被钎料润湿的硬质合金,通过镀层改善钎料对它们的润湿,保证钎焊过程的顺利进行。零件上的工艺镀层在钎焊过程中应能全部为钎料溶解,以获得良好的接头强度。

      防护镀层的作用在于抑制钎焊过程中可能发生的某些有害反应,例如在钎料作用下基体的自裂、钎料与基体反应生成脆性相、非钎焊面等。

      钎料镀层的直接用途是作钎料,在难于添加钎料的工具结构中有所应用。

      在零件的非钎焊表面上涂覆阻流剂的目的是限制液态钎料的无序流动,防止钎料的流失或形成无益的连接。涂覆阻流剂是控制钎料流动区域的直接而有效的方法,广泛地应用在真空或气体保护炉钎焊中。

       阻流剂的基本成分可以是常温稳定的氧化物,诸如氧化钛、氧化铝、氧化镁及某些稀土金属的氧化物等;也可以是不被钎料所润湿的非金属物质,如石墨和白土等。一般通过溶剂和粘结剂调成糊状,在钎焊前预先涂在零件待焊表面附近的非钎焊表面上,依靠不被钎料润湿来阻止钎料的流动。值得注意的是,取得良好的阻流效果并不需要使用大量的阻流剂,少量使用还能减轻焊后清洗的工作量。

      5.钎焊工艺规程内容
      钎焊工艺规程是完成钎焊工艺过程的技术规范,是由工艺设计者将成熟的技术方案和技术参数制订成的技术文件,生产实践中常用简明的表格形式——钎焊工艺卡来表达钎焊工艺规程。钎焊工艺卡是将关键技术参数传达给生产者和管理者的有效工具,也是实施钎焊过程和产品质量检验的技术依据。


      美国焊接学会推荐的钎焊工艺卡,主要涉及接头、母材、钎前清理、钎剂或气体介质、钎焊方法、钎焊后清理、钎焊后热处理和检验要求等内容。

      接头应以图样形式画出,并表明几何形状和尺寸,必要时还应包括公差。图样上可以画出整个焊件,也可以只画出接头区域。

      硬质合金牌号、基体材料及其组织状态,采用通用标准代号来标注。若不能使用标准代号,则应注明化学成分、商品名称或其他有效标志。

      钎焊前清理,注明完整的清理工艺。如果是重要工件,要说明清理和钎焊之间的时间间隔及防止污染的特殊处理要求。只有在钎焊需要时,才注明采用表面镀覆措施。

      钎料应表明化学主成分的变化范围及杂质元素的限制范围,并给出钎料的形状和尺寸。此外,还要注明钎料的添加方式,即手工送进或预先放置等,必要时可参照接头的图样。

      钎剂或气体介质,按有关标准规定的代号加以标注,并指出具体的添加方式及其他特殊要求。如果同时使用钎剂和气体介质,两者都要注明。

      钎焊方法。首先应注明采用何种钎焊方法,如火焰钎焊、炉中钎焊、感应钎焊或浸渍钎焊等。其次应注明控制钎焊过程所需的工艺参数及其他内容,包括火焰钎焊时的焊嘴形式和尺寸、炉中钎焊时的炉子类型等。如果需要在特殊部位加热或在某些部位避免加热,均应详细说明。

      钎焊后清理。通常必须去除所有的钎焊残渣,特别是使用腐蚀性钎剂时更应这样。在使用阻流剂时,如有必要,也应清除。在某些情况下,为了外观漂亮或精加工,钎焊后也进行必要的清理。

      钎焊后热处理。如果热处理与钎焊过程同时完成,则在“钎焊方法”一项中应注明必要的参数。对于其他热处理,也应在本项中加以注明。

      检验要求。应注明检验的全部细节,如采用的检验方法、检验规范和检验结果等。检验的取样次数也应予以规定,并给出缺陷接头的修补或报废范围。

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