一種電子束焊接截齒的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種焊接截齒的方法，具體是涉及一種掘進(jìn)機(jī)截齒的圓柱形齒頭和凹槽形基座之間的電子束焊接方法。
【背景技術(shù)】
[0002]采煤機(jī)和掘進(jìn)機(jī)截齒大多由硬質(zhì)合金齒頭固定到鋼基座中制成。硬質(zhì)合金是用粉末冶金方法生產(chǎn)的，由過(guò)渡族難熔金屬化合物(如WC、TiC、TaC、NbC等)和粘結(jié)金屬(如Co、Ni,Fe)組成的，具有硬質(zhì)相+粘結(jié)相的組織結(jié)構(gòu)特征，具有較好強(qiáng)度、硬度與韌性匹配性的工程復(fù)合材料，被廣泛應(yīng)用于金屬切割、冷成型工具和耐磨件等領(lǐng)域。但由于硬質(zhì)合金制備比較困難且價(jià)格昂貴，因此一般不會(huì)單獨(dú)使用，而是與其他材料連接起來(lái)使用。目前，與硬質(zhì)合金連接使用的材料一般為結(jié)構(gòu)鋼或碳鋼，能夠用來(lái)連接硬質(zhì)合金與鋼的方法包括機(jī)械固定、粘接及焊接等。焊接領(lǐng)域中目前主要集中于熔化極氣體保護(hù)焊(MIG或MAG)，但是這種方法生產(chǎn)效率低，焊縫易于產(chǎn)生裂紋，且不適用于凹槽結(jié)構(gòu)的焊接。釬焊由于其具有很好的適用性可以廣泛應(yīng)用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的連接，但是由于其釬縫力學(xué)性能較熔焊接頭低，同時(shí)針對(duì)硬質(zhì)合金與鋼凹槽結(jié)構(gòu)焊接時(shí)容易產(chǎn)生裂紋，因此不宜單獨(dú)應(yīng)用于該結(jié)構(gòu)的連接。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明是要解決現(xiàn)有截齒制造中采用釬焊的方法其強(qiáng)度差、使用壽命短但采用熔焊方法又不能保證底面有效連接的問(wèn)題，而提供一種電子束焊接截齒的方法。
[0004]本發(fā)明一種電子束焊接截齒的方法是按以下步驟進(jìn)行的:
[0005]—、對(duì)齒頭的側(cè)面和底面、基座的凹槽側(cè)壁和凹槽底面及側(cè)面填充箔片釬料進(jìn)行機(jī)械打磨預(yù)處理，得到待加工齒頭、待加工基座和表面平整的側(cè)面填充箔片釬料，將待加工齒頭、待加工基座和表面平整的側(cè)面填充箔片釬料在退磁機(jī)上退磁，然后采用丙酮超聲處理5min?15min，得到處理后齒頭、處理后基座和處理后的側(cè)面填充箔片釬料，將兩片處理后的側(cè)面填充箔片釬料對(duì)稱(chēng)豎直嵌入處理后基座的凹槽側(cè)壁的底部，然后將兩片厚度為50 μπι?100 μm的釬料箔片相疊加壓入處理后基座的凹槽底面，再將處理后齒頭放入處理后基座的凹槽中，得到待焊工件；
[0006]二、將步驟一得到的待焊工件放入電子束焊接真空室，固定在工作臺(tái)上，將電子束焊接真空室的真空度控制在4X 10 4torr，然后在3000mA的聚焦電流下采用16mA的焊接束流以300mm/min速度進(jìn)行兩圈預(yù)熱，然后在聚焦電流為2480mA、電子束功率為880W?1210W、焊接束流為16mA?22mA、施焊平面距離電子束槍距離為160mm、電子束下束位置偏鋼側(cè)0.1mm?0.5mm和焊接速度為300mm/min的條件下進(jìn)行焊接，焊接完成后再在3000mA的聚焦電流下采用12mA?14mA的焊接束流以300mm/min速度進(jìn)行兩圈后熱，然后在真空度為4X10 4torr的電子束焊接真空室中冷卻2min?3min，取出冷卻至室溫，完成焊接硬質(zhì)合金與凹槽狀結(jié)構(gòu)鋼基座。
[0007]原理:焊接前調(diào)整電子束焊接真空室的真空度為4X 10 4torr，施焊平面距離電子束槍距離為160mm，電子束下束位置偏鋼側(cè)0.1mm?0.5mm，根據(jù)焊接順序?qū)⒑附勇窂椒譃?°、90°、180°、270°四個(gè)焊接位置；焊接過(guò)程:①在聚焦電流為3000mA和焊接速度為300mm/min的條件下，在0°?90°位置處焊接束流勾速由OmA增加到16mA，而后以16mA的束流焊接2圈而后焊接束流由16mA降為0mA，隨后保持焊接束流0mA，焊接位置歸為0° ;②之后采用聚焦電流2480mA、焊接速度300mm/min，0°?90°位置處焊接束流逐漸由OmA增加到16mA?22mA，而后以16mA?22mA束流焊接2圈，而后焊接束流由16mA?22mA降為0mA，隨后保持焊接束流0mA，焊接位置歸為0° 最后聚焦電流3000mA、焊接速度300mm/min，0°?90°位置處焊接束流逐漸由OmA增加到14mA，而后以14mA束流焊接I圈此時(shí)焊接位置到達(dá)90°位置處，而后在90°?180°位置處焊接束流由14mA降為12mA，在180°?270°位置處焊接束流由12mA降為0mA，隨后保持焊接束流0mA，焊接位置由270°歸為0°，然后在真空度為4 X 10 4torr的電子束焊接真空室中冷卻2min?3min，取出冷卻至室溫，完成焊接硬質(zhì)合金與凹槽狀結(jié)構(gòu)鋼基座。
[0008]步驟①實(shí)現(xiàn)底面釬焊過(guò)程，使釬料潤(rùn)濕鋪展，該過(guò)程采用散焦方式在硬質(zhì)合金與鋼的上表面進(jìn)行一定寬度環(huán)形區(qū)域加熱，利用熱傳導(dǎo)的方式將電子束能量傳遞到底面的釬料處，達(dá)到熔點(diǎn)使其熔化，并潤(rùn)濕鋪展。
[0009]步驟②實(shí)現(xiàn)側(cè)壁電子束熔焊過(guò)程，同時(shí)進(jìn)行釬焊的保溫過(guò)程。該過(guò)程采用聚焦方式，將電子束作用于硬質(zhì)合金與鋼的界面處，此過(guò)程結(jié)束后側(cè)壁實(shí)現(xiàn)熔釬焊連接，同時(shí)傳遞到底面的熱量會(huì)持續(xù)恪化釬料延長(zhǎng)保溫過(guò)程。
[0010]步驟③采用散焦方式在硬質(zhì)合金與鋼的上表面進(jìn)行一定寬度環(huán)形區(qū)域加熱，保證底面釬料與母材的擴(kuò)散時(shí)間同時(shí)降低冷卻速度防止缺陷產(chǎn)生。焊接結(jié)束后真空中緩冷一段時(shí)間，取出后冷卻至室溫，該過(guò)程能進(jìn)一步防止裂紋的產(chǎn)生。
[0011]本發(fā)明的有益效果:
[0012]1、本發(fā)明解決了傳統(tǒng)熔化焊對(duì)于此類(lèi)凹槽結(jié)構(gòu)不能一次性實(shí)現(xiàn)環(huán)壁與底面同時(shí)焊接的弊端，提高了焊接效率，采用電子束焊接的方法有效的減小了熱影響區(qū)范圍，減少了元素?zé)龘p以及硬質(zhì)相的損失，降低了焊縫中脆性相的生成和裂紋的產(chǎn)生。
[0013]2、本發(fā)明利用電子束焊接時(shí)的熱量使底面釬料熔化形成釬焊接頭，很好的減少了整體釬焊容易產(chǎn)生裂紋的問(wèn)題，同時(shí)保證了底面的有效連接。
[0014]3、本發(fā)明中焊前散焦預(yù)熱首先保證了底面釬料的熔化、鋪展，同時(shí)配合焊后散焦后熱降低了兩種焊接接頭中的焊接應(yīng)力，有效的防止了硬質(zhì)合金處的裂紋產(chǎn)生。
[0015]4、本發(fā)明向凹槽側(cè)壁根部嵌入箔片能夠很好的緩釋接頭根部應(yīng)力，同時(shí)利于熔焊接頭根部的焊合，同時(shí)利于熔焊接頭根部的焊合。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為焊接接頭示意圖，其中I為齒頭，2為帶凹槽的基座，3為側(cè)壁熔焊接頭區(qū)域，4為底面釬焊接頭區(qū)域；
[0017]圖2為圖1中側(cè)壁熔焊接頭區(qū)域的SEM圖；
[0018]圖3為圖1中底面釬焊接頭區(qū)域的SEM圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式一種電子束焊接截齒的方法是按以下步驟進(jìn)行的:
[0020]一、對(duì)齒頭的側(cè)面和底面、基座的凹槽側(cè)壁和凹槽底面及側(cè)面填充箔片釬料進(jìn)行機(jī)械打磨預(yù)處理，得到待加工齒頭、待加工基座和表面平整的側(cè)面填充箔片釬料，將待加工齒頭、待加工基座和表面平整的側(cè)面填充箔片釬料在退磁機(jī)上退磁，然后采用丙酮超聲處理5min?15min，得到處理后齒頭、處理后基座和處理后的側(cè)面填充箔片釬料，將兩片處理后的側(cè)面填充箔片釬料對(duì)稱(chēng)豎直嵌入處理后基座的凹槽側(cè)壁的底部，然后將兩片厚度為50 μπι?100 μπι的釬料箔片相疊加壓入處理后基座的凹槽底面，再將處理后齒頭放入處理后基座的凹槽中，得到待焊工件；
[0021]二、將步驟一得到的待焊工件放入電子束焊接真空室，固定在工作臺(tái)上，將電子束焊接真空室的真空度控制在4Χ 10 4torr，然后在3000mA的聚焦電流下采用16mA的焊接束流以300mm/min速度進(jìn)行兩圈預(yù)熱，然后在聚焦電流為2480mA、電子束功率為880W?1210W、焊接束流為16mA?22mA、施焊平面距離電子束槍距離為160mm、電子束下束位置偏鋼側(cè)0.1mm?0.5mm和焊接速度為300mm/min的條件下進(jìn)行焊接，焊接完成后再在3000mA的聚焦電流下采用12mA?14mA的焊接束流以300mm/min速度進(jìn)行兩圈后熱，然后在真空度為4X10 4torr的電子束焊接真空室中冷卻2min?3min，取出冷卻至室溫，完成焊接硬質(zhì)合金與凹槽狀結(jié)構(gòu)鋼基座。
[0022]本實(shí)施方式解