專利名稱：硬質合金重型切削刀具的焊接方法及其銀基焊料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及重型切削刀具，特別涉及重型切削刀具的硬質合金刀片與 鋼質基體焊接的方法，以及焊接所使用的銀基焊料。
背景技術：
重型切削刀具用于大型工件的加工，如船用發(fā)動機曲軸和大型軋輥 等的加工。重型切削刀具通常釆用將硬質合金刀片焊接在鋼質基體上的生 產方法，這種方法不僅可以解決整體合金難以加工的問題，而且可以節(jié)約 很多昂貴的合金材料。
硬質合金是難溶金屬材料(WC， TiC, TaC, NeC )與過渡金屬(Co, Ni, Fe)釆用粉末冶金的制作工藝而成的具有金屬特性的特殊工具材料。 它具有高強度、高硬度、高耐磨性、抗化學腐蝕性、熱膨脹系數小和高溫 穩(wěn)定性等優(yōu)異的特點，被廣泛應用于金屬加工刀具、耐磨零件、機械零件、 航空航天和油田筑路等方面。正是硬質合金的這些獨特的屬性，使硬質 合金具有難加工和原材料價格高等特點。特別是對于大尺寸和形狀復雜的 產品，硬質合金更是難以被應用。因此，整體硬質合金材料的應用受到了 很大的限制。但是如果利用鋼材的易加工性和價格低廉的特點，采用鋼質 基體與硬質合金刀片焊接的方法生產重型切削刀具，不僅可以大大提該高 硬質合金的應用范圍，提高產品的壽命，而且可以大幅度地降低成本。目 前，對于小尺寸工件的產品，硬質合金與鋼基體的焊接基本采用高頻和氣 體焊接方式。這兩種焊接方法對小尺寸的產品，具有生產速度快簡單易行 的優(yōu)勢，但對于大尺寸的工件產品，這兩種焊接方法不再適用，而且由于 被焊接的產品尺寸大(超過900平方毫米)，在焊接的過程中會出現(xiàn)如下 的質量問題
1.焊接裂紋
由于硬質合金刀片的熱膨脹系數為5 7xl0一與鋼質基體的熱膨脹系 數13xl(^相差很多，在焊接的過程中由此而產生很大的內應力，工件的
尺寸越大產生的內應力就越大，因此焊接后的工件內部產生斷裂裂紋。
2. 氣孔、夾雜和氧化
在焊接的過程中，如果溫度過高會造成硬質合金刀片、鋼質基體和焊 料表面氧化，影響焊接強度，甚至出現(xiàn)假焊的現(xiàn)象。但是如果溫度過低， 焊料流動性不好，會造成氣孔或夾雜。所有這些因素都會造成產品質量下 降、壽命降低，甚至可能完全不能使用。
3. 焊接區(qū)域的強度無法達到要求
在焊接的過程中，在硬質合金刀片、鋼質基體之間的中間相，由于硬 質合金刀片中碳元素的擴散到表面與焊料形成含碳的W、 Co、 Ni、 Fe等 中間非晶態(tài)玻璃相。該項化合物熔點低，具有玻璃體的性能，因此在硬質 合金刀片焊接區(qū)域的強度較低。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題之一是提供一種硬質合金重型切削刀具 的焊接方法，該焊接方法能有效避免焊接過程中產生焊接裂紋，從而確保
焊接質量。
本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案是本發(fā)明的硬質合金重 型切削刀具的焊接方法，包括如下步驟①焊接區(qū)域表面處理，除去油 質、雜質和銹斑，并使硬質合金刀片、鋼質基體的焊接面具有一定的粗燥 度；②在硬質合金刀片、鋼質基體焊接面上涂放焊劑和銀基焊料后，將焊 接體一體放入真空加熱爐內，焊接體上放置金屬塊配重；③向真空加熱
爐內充入惰性氣體后，加溫至600 64(TC并保溫；④降溫至280 - 300
。C并保溫后，最終降至室溫完成焊接。
所述步驟③中，加溫升溫速度為1 ~ 5度/秒，保溫時間為1 ~ 3分鐘。 所述步驟④中，降溫速度為3~8度/秒，保溫時間為60~100分鐘。 本發(fā)明所要解決的另 一技術問題是提供一種用于上述硬質合金重型
切削刀具的焊接方法的銀基焊料。該銀基焊料按重量百分比的組分為Ag
40~50%、 Cu 20~30%、 Zn 18~25%、 Sn 1 ~ 3%、 Ni 1 ~ 3% 、雜質。 在上述技術方案中，所述雜質和含量按重量百分比為S《0.02-0.1
% 、 P < 0. 01 ~ 0. 05 % 、 CK 0, 02 ~ 0. 1 % 、 N《0. 02 ~ 0. 1 % 。
本發(fā)明的有益效果是，能有效地避免避免焊接過程中產生焊接裂紋，
從而確保焊接質量；銀基焊料熔點低、滋因性好，在焊接的過程中可降低 內應力，及防止材料表面氧化，保證均勻焊接。


本說明書包括如下一幅附圖
圖1是本發(fā)明硬質合金重型切削刀具的焊接方法中焊接溫度與時間 的關系曲線圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。 本發(fā)明重型切削刀具的焊接方法，包括如下步驟
① 焊接區(qū)域表面處理，除去油質、雜質和銹斑，并使硬質合金刀片、 鋼質基體的焊接面具有一定的粗燥度。粗燥度通常為RaO. 6 ~ 1. 6，硬質合 金刀片的焊接面可采用50 ~ 100目的金剛石砂輪進行磨削處理，鋼質基體 的焊接面可采用噴砂或采用50-80目氧化鋁砂輪處理。
② 在硬質合金刀片、鋼質基體焊接面上涂放焊劑和銀基焊料后，將焊 接體一體放入真空加熱爐內，焊接體上放置金屬塊配重。金屬塊配重的大 小取決于被焊接物體的尺寸，其作用是在焊料熔后在金屬塊配重和硬質合 金刀片的重力下，可以使焊料在焊接面流動，促使焊接均勻，還可防止在 高溫下硬質合金刀片和金屬基體變形。
③ 向真空加熱爐內充入惰性氣體后，加溫至600 - 640。C并保溫。加 溫升溫速度為1 ~ 5度/秒，保溫時間為1 - 3分鐘。
④ 降溫至280 ~ 30(TC并保溫后，最終降至室溫完成焊接。降溫速度 為3~8度/秒，保溫時間為60~ IOO分鐘。
焊接溫度及升溫速度對焊接強度及裂紋的影響非常大。加熱的速度太 快，焊接部分產生較大的內應力，產品的強度降低。但是，如果加熱的速 度太慢，焊接表面會產生氧化現(xiàn)象，使產品焊接區(qū)出現(xiàn)氣泡，夾雜等，同 樣產品的強度也大大的降低。如何控制及選擇升溫速度，保溫時間及降溫 速度是非常關鍵的。經過大量的實驗，確定了如圖1所示的焊接溫度與時間的關系曲線。
由于鋼材的熱膨脹系數是硬質合金的一倍，在冷卻過程中會產生很大 的內應力。冷卻的速度越快，內應力就越大。因此在焊接的界面上除了有 很大的內應力外還有由于內應力而造成內部斷裂裂紋。在正常狀態(tài)下，內 應力會處于一種靜態(tài)平衡狀態(tài)。但在外力的作用下，比如磨削，或在使用 過程中，內應力會集中某一點。當內應力超過臨界狀態(tài)時，產品出現(xiàn)斷裂。 為了消除這些內應力隱患，在冷卻的過程中控制冷卻的速度是非常重要
的。參照圖1，在280 300。C溫度下保溫60 100分鐘的過程對釋放內應 力起到關鍵的作用。在外界能量的作用下(溫度)焊接后的內應力逐漸由 內部向外部釋放。原來平衡狀態(tài)下的應力，在外部能量的驅動下，開始失 去平衡，并由高能量區(qū)(焊接產品內部)向低能量區(qū)移動(焊接產品的表 面)，最后能量在產品的焊接產品的表面釋放出去。因此，在一個特定的 回火溫度下，在一定的保溫時間內，焊接區(qū)域的內應力會逐漸的釋放，從 而有效的防止了由內應力所引起的斷裂。
本發(fā)明的銀基焊料按重量百分比的組分為Ag 40 ~ 50°/。、 Cu 20 ~ 30%、 Zn 18-25%、 Sn 1 ~ 3%、 Ni 1 ~ 3% 、雜質。所述雜質和含量按重量百分 比為S< 0. 02 ~ 0, 1 % 、 P《0. 01 ~ 0. 05% 、 O《0. 02 ~ 0. 1 % 、 N< 0. 02 ~ 0.1%。該銀基焊料具有熔點低、滋因性好的特點，在焊接的過程中可降 低內應力，及防止材料表面氧化，保證均勻焊接。該銀基焊料的特點是以 Ag、 Cu為基礎的低溫焊料，Ag、 Cu材料在熔化后與9SiCr工具鋼和硬 質合金具有很好的滋潤性。特別是在少量的Ni作用下，不僅可以可以增 加一定的焊接強度，而且對焊料的流動性具有4艮大的幫助。
本申請人采用上述焊接方法和銀基焊料用于下述規(guī)格的重型切削刀 具的生產均取得了滿意的效果，鋼質基體的規(guī)格寬45 47mm，厚20~ 22 mm,長152 ~ 210mm;硬質合金刀片規(guī)格寬22 ~ 24 mm，厚10 ~ 12 mm, 長152 ~ 210隱。
實施例1:
鋼質基體尺寸152 x 45 x 21,,硬質合金刀片尺寸152x21x11mm。銀基焊料按重量百分比由下列成分組成Ag40%、 Cu30%、 Zn2 5%、 Sn2%、 Ni2%。
焊接溫度為64(TC,加溫升溫速度為l度/秒，保溫3分鐘。然后，降 溫至30(TC，降溫速度為3度/秒，保溫60分鐘，關電源隨爐冷卻到室溫。
檢測結果焊接區(qū)域完全填充，沒有空洞或空穴；焊料分布均勻，沒 有觀察到快壯的雜質等；銀基焊料和鋼質基體、硬質合金刀片都呈現(xiàn)完好 的結合狀態(tài)，沒有發(fā)現(xiàn)任何縫隙。
實施例2:
鋼質基體尺寸210 x 45 x 21mm，硬質合金刀片尺寸210x21x11mm。
銀基焊料按重量百分比由下列成分組成Ag45%、 Cu25%、 Zn25%、 Sn 2°/。、 Ni2%。
焊接溫度為620°C，加溫升溫速度為3度/秒，保溫2分鐘。然后，降 溫至29(TC，降溫速度為6度/秒，保溫80分鐘，關電源隨爐冷卻到室溫。
檢測結果焊接區(qū)域完全填充，沒有空洞或空穴；焊料分布均勻，沒 有觀察到快壯的雜質等；銀基焊料和鋼質基體、硬質合金刀片都呈現(xiàn)完好 的結合狀態(tài)，沒有發(fā)現(xiàn)任何縫隙。
實施例3:
鋼質基體尺寸210x45x21醒，硬質合金刀片尺寸210x21x11隱。
銀基焊料按重量百分比由下列成分組成Ag 50%、 Cu 20%、 Zn25%、 Sn 2%、 M 2%。
焊接溫度為60(TC，加溫升溫速度為5度/秒，保溫3分鐘。然后，降 溫至28(TC,降溫速度為8度/秒，保溫100分鐘，關電源隨爐冷卻到室溫。
檢測結果焊接區(qū)域完全填充，沒有空洞或空穴；焊料分布均勻，沒 有觀察到快壯的雜質等；銀基焊料和鋼質基體、硬質合金刀片都呈現(xiàn)完好 的結合狀態(tài)，沒有發(fā)現(xiàn)任何縫隙。
權利要求
1.硬質合金重型切削刀具的焊接方法，包括如下步驟①焊接區(qū)域表面處理，除去油質、雜質和銹斑，并使硬質合金刀片、鋼質基體的焊接面具有一定的粗燥度；②在硬質合金刀片、鋼質基體焊接面涂放焊劑和銀基焊料后，將焊接體一體放入真空加熱爐內，焊接體上放置金屬塊配重；③向真空加熱爐內充入惰性氣體后，加溫至600～640℃并保溫；④降溫至280～300℃并保溫后，最終降至室溫完成焊接。
2. 如權利要求1所述硬質合金重型切削刀具的焊接方法，其特征是: 所述步驟③中，加溫升溫速度為1 ~ 5度/秒，保溫時間為1 ~ 3分鐘。
3. 如權利要求2所述硬質合金重型切削刀具的焊接方法，其特征是 所述步驟④中，降溫速度為3~8度/秒，保溫時間最少為60~100分鐘。
4. 如權利要求1所述硬質合金重型切削刀具的焊接方法，其特征是 所述步驟①中，硬質合金刀片的焊接面采用50~100目的金剛石砂輪進行 磨削處理，鋼質基體的焊接面采用噴砂處理。
5. 用于如權利要求1至4任意一項所述硬質合金重型切削刀具的焊 接方法的銀基焊料，其特征是所述銀基焊料按重量百分比的組分為Ag 40 ~ 50%、 Cu 20 ~ 30%、 Zn 18 ~ 25%、 Sn 1 ~ 3%、 Ni 1 ~ 3% 、雜質。
6. 如權利要求5所述銀基焊料，其特征是所述雜質和含量按重量百 分比為S < 0. 02 ~ 0. 1 % 、 P《0. 01 ~ 0. 05 % 、 CK 0, 02 ~ 0. 1 % 、 N《0. 02 ~ 0. 1 % 。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種硬質合金重型切削刀具的焊接方法及其銀基焊料，該焊接方法和銀基焊料能有效避免焊接過程中產生焊接裂紋，從而確保重型切削刀具的焊接質量。該焊接方法，包括如下步驟焊接區(qū)域表面處理，除去油質、雜質和銹斑，并使焊接面具有一定的粗燥度；在硬質合金刀片、鋼質基體焊接面涂放焊劑和銀基焊料后，將焊接體一體放入真空加熱爐內，焊接體上放置金屬塊配重；向真空加熱爐內充入惰性氣體后，加溫至600～640℃并保溫；降溫至280～300℃并保溫后，最終降至室溫完成焊接。所述銀基焊料按重量百分比的組分為Ag 40～50％、Cu 20～30％、Zn18～25％、Sn 1～3％、Ni 1～3％、雜質。
文檔編號B23K1/008GK101342626SQ20081004599
公開日2009年1月14日 申請日期2008年9月5日 優(yōu)先權日2008年9月5日
發(fā)明者朝 王 申請人:朝 王