Contenido sobre soldadura de carburo de tungsteno

1. Problemas encontrados durante la soldadura fuerte con carburo de tungsteno

The brazability of carburo de tungsteno is relatively poor. This is due to its high carbon content, with uncleaned surfaces often containing free carbon, which hinders the wetting of the filler metal. Additionally, carburo de tungsteno tends to oxidize at brazing temperatures, forming an oxide layer that further affects the wetting characteristics of the filler metal. Therefore, pre-brazing surface cleaning is crucial for enhancing the wettability of the filler metal on carburo de tungsteno. When necessary, coatings such as copper or nickel can be applied before brazing to improve joint performance.

2. Preparación de la superficie antes de la soldadura fuerte

Es esencial eliminar completamente los contaminantes de la superficie de las piezas de trabajo antes de soldar., incluidos óxidos, grasa, suciedad y pintura. Sin una limpieza adecuada, el metal de relleno fundido no puede humedecer adecuadamente la superficie del componente ni puede rellenar los huecos de las uniones. En ciertos casos, también puede ser necesario recubrir previamente las piezas con una capa de metal específica para mejorar la soldabilidad del material base y aumentar la resistencia a la corrosión de la unión soldada.

(1) Eliminación de contaminantes del aceite

Los contaminantes del aceite se pueden eliminar utilizando disolventes orgánicos como alcohol, tetracloruro de carbono, gasolina, tricloroetileno, dicloroetano y tricloroetano. Para la producción de lotes pequeños, los componentes se pueden sumergir en disolventes orgánicos para una limpieza profunda. En la producción de lotes grandes, el método más común es el desengrasado con vapor. Además, también se puede lograr un desengrasado eficaz en soluciones alcalinas calentadas; por ejemplo, sumergiendo las piezas de acero en una solución de sosa cáustica 10% a 70–80 °C.

(2) Eliminación de óxidos

Los óxidos en la superficie de las piezas antes de la soldadura fuerte se pueden eliminar mediante métodos mecánicos, grabado químico o grabado electroquímico. Los métodos mecánicos pueden incluir limas, cepillos de alambre, papel de lija, muelas abrasivas y chorro de arena para eliminar las películas de óxido. Las limas y el papel de lija se utilizan normalmente para la producción de piezas individuales, ya que crean ranuras ventajosas para la humectación y la distribución del metal de relleno. Para la producción en lotes, las lijadoras, los cepillos de alambre y los métodos de chorro de arena son más eficientes. Los métodos de limpieza mecánica no son adecuados para las aleaciones de aluminio y de titanio.

(3) Recubrimiento del material base con metal

La aplicación de un revestimiento metálico sobre la superficie del material base tiene como objetivo principal mejorar la capacidad de soldadura de ciertos materiales y mejorar la humectabilidad del metal de relleno. Este proceso también puede evitar interacciones adversas entre el material base y el metal de relleno que podrían degradar la calidad de la unión, como la formación de grietas o el desarrollo de compuestos intermetálicos frágiles. También puede servir como capa de relleno para simplificar el montaje y mejorar la productividad.

3. Materiales para soldadura fuerte

(1) Metales de relleno

Common filler metals include pure copper, copper-zinc alloys, and silver-copper alloys. Pure copper offers excellent wettability with various carburo de tungsteno materials but must be brazed in a hydrogen-reducing atmosphere to achieve optimal results. However, due to the high brazing temperature, the resulting thermal stress at joints can increase the likelihood of cracking. Traditional pure copper brazed joints have a shear strength of approximately 150 MPa, with fairly high ductility, but they are not suitable for high-temperature applications.

Copper-zinc fillers are the most widely used for brazing carburo de tungsteno and tool steels. To enhance the wetting capability and joint strength, alloying elements such as Mn, Ni, and Fe are often added. For example, in B-Cu58ZnMn, with a manganese content of approximately 4 wt%, the shear strength of the carburo de tungsteno brazed joint can reach 300–320 MPa at room temperature, maintaining 220–240 MPa at 320°C. Adding a small amount of cobalt to B-Cu58ZnMn can elevate the shear strength to 350 MPa while also providing higher impact toughness and fatigue resistance, significantly extending the service life of herramientas de corte y brocas para perforación de rocas.

Silver-copper fillers have a lower melting point, resulting in minimal thermal stress and a lower tendency for cracking during carburo de tungsteno brazing. To improve wettability and enhance joint strength and operating temperatures, alloying elements such as Mn and Ni are commonly incorporated. For example, B-Ag50CuZnCdNi fillers exhibit excellent wettability with carburo de tungsteno and provide desirable overall performance for brazed joints.

Para aplicaciones por encima de los 500 °C con altas exigencias de resistencia de las uniones, se pueden seleccionar rellenos a base de manganeso y níquel, como B-Mn50NiCuCrCo y B-Ni75CrSiB. Para la soldadura fuerte de acero de alta velocidad se requieren materiales de relleno específicos que coincidan con las temperaturas de temple, que se dividen en dos categorías: rellenos a base de hierro-manganeso compuestos principalmente de hierro-manganeso y bórax, que generalmente producen una resistencia al corte de alrededor de 100 MPa, aunque estas uniones son propensas a agrietarse. La otra categoría comprende aleaciones especiales de cobre que contienen Ni, Fe, Mn y Si, que minimizan las tendencias al agrietamiento y logran resistencias al corte de hasta 300 MPa.

(2) Flujos y gases protectores

The selection of flux should align with both the base material and the chosen filler metal. For brazing tool steels and carburo de tungsteno, the primary fluxes used are borax and boric acid, often supplemented with various fluorides (KF, NaF, CaF2, etc.). Copper-zinc fillers are typically paired with FB301, FB302, and FB105 fluxes, while silver-copper fillers may utilize FB101 to FB104 fluxes. When using specialty fillers for brazing high-speed steel, borax fluxes are predominantly employed.

To prevent oxidation of tool steel during the heating process and to eliminate post-brazing cleaning, gas shielded brazing can be employed. Protective gases can either be inert or reducing gases, with the requirement that the gas dew point be below -40°C. Carburo de tungsteno can be brazed under hydrogen protection, necessitating a hydrogen dew point below -59°C.

4. Procesos de soldadura fuerte

Brazing carbon tool steels requires careful surface cleaning, and the mechanical surfaces need not be overly smooth, as this aids the wetting and spreading of the materials and the flux. The surface of carburo de tungsteno usually requires sandblasting or grinding with silicon carbide or diamond wheels to remove excessive carbon for better wetting by the filler metal. Carbide-titanium carburo de tungsteno presents challenges in wetting; therefore, applying a paste of copper or nickel oxide to their surface and heating in a reducing atmosphere promotes effective wettability.

La soldadura fuerte de aceros al carbono para herramientas se realiza mejor antes del temple o simultáneamente con este proceso. Si la soldadura fuerte se realiza antes del temple, la temperatura de solidificación del metal de aporte debe superar el rango de la temperatura de temple, asegurando que las piezas unidas conserven suficiente resistencia cuando se recalienten a temperaturas de temple. Cuando la soldadura fuerte y el temple se realizan simultáneamente, se debe seleccionar un metal de aporte con una temperatura de solidificación cercana a la temperatura de temple.

La gama de composición de los aceros para herramientas de aleación es amplia, lo que requiere selecciones de metales de relleno y procesos de tratamiento térmico específicos según el tipo de acero particular para lograr un rendimiento óptimo de la unión.

En el caso del acero de alta velocidad, la temperatura de temple generalmente supera las temperaturas de fusión de los rellenos de plata-cobre y cobre-cinc, por lo que es necesario un temple previo. La soldadura fuerte se puede realizar durante el templado secundario o posteriormente. Si se requiere un temple posterior a la soldadura fuerte, solo se deben utilizar los rellenos especializados mencionados anteriormente. Al soldar herramientas de acero de alta velocidad, el uso de un horno de coque puede ser bastante eficaz; después de que se derrita el relleno, se debe retirar la herramienta de corte, se debe presionar el exceso de relleno y luego someterla a un temple en aceite, seguido de un templado a 550–570 °C.

When brazing carburo de tungsteno blades to steel tool bodies, methods such as increasing the gap in the brazing seam and adding a plastic compensating shim should be employed, along with post-welding slow cooling to reduce thermal stresses and prevent crack formation, thereby extending the service life of the carburo de tungsteno cutting tool assembly.

5. Limpieza posterior a la soldadura fuerte

Los residuos de fundentes pueden ser corrosivos para las uniones soldadas y dificultar la inspección de la unión, por lo que deben eliminarse por completo. Inicialmente, el fundente residual en las piezas de trabajo se puede enjuagar con agua caliente o una mezcla general para eliminar fundentes, seguido de un tratamiento con soluciones de limpieza ácidas adecuadas para eliminar la capa de óxido del material base. Es fundamental evitar el uso de soluciones de ácido nítrico para prevenir la corrosión del metal soldado. Los residuos de fundentes blandos orgánicos se pueden limpiar con solventes como gasolina, alcohol o acetona, mientras que los residuos corrosivos como el óxido de zinc y el cloruro de amonio se deben limpiar en una solución de NaOH 10%, seguido de un enjuague con agua caliente o fría. Los residuos de fundentes de bórax y ácido bórico generalmente se pueden resolver utilizando métodos mecánicos o ebullición prolongada en agua.

6. Inspección de la calidad de la soldadura fuerte

Los métodos de inspección de uniones soldadas se pueden dividir en pruebas no destructivas y pruebas destructivas. A continuación se destacan los métodos de inspección no destructivos:

• Inspección visual
• Pruebas de fluorescencia y de líquidos penetrantes:Estos métodos permiten principalmente la detección de pequeñas grietas, porosidad u otros defectos que pueden no ser visibles mediante la inspección visual.

This comprehensive analysis emphasizes the critical issues and solutions in carburo de tungsteno brazing, aiding in the understanding and enhancement of overall joint performance and quality.