Contenuto sulla saldatura al carburo di tungsteno

1. Problemi riscontrati durante la brasatura al carburo di tungsteno

The brazability of carburo di 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 di 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 di tungsteno. When necessary, coatings such as copper or nickel can be applied before brazing to improve joint performance.

2. Preparazione della superficie prima della brasatura

È essenziale rimuovere accuratamente i contaminanti dalla superficie dei pezzi prima della brasatura, inclusi ossidi, grasso, sporcizia e vernice. Senza una pulizia adeguata, il metallo di riempimento fuso non può bagnare adeguatamente la superficie del componente, né può riempire gli spazi tra i giunti. In alcuni casi, potrebbe anche essere necessario pre-rivestire le parti con uno strato di metallo specifico per migliorare la brasabilità del materiale di base e aumentare la resistenza alla corrosione del giunto brasato.

(1) Rimozione dei contaminanti dell'olio

I contaminanti dell'olio possono essere rimossi utilizzando solventi organici come alcol, tetracloruro di carbonio, benzina, tricloroetilene, dicloroetano e tricloroetano. Per la produzione in piccoli lotti, i componenti possono essere immersi in solventi organici per una pulizia accurata. Nella produzione in grandi lotti, il metodo più comune è lo sgrassaggio a vapore. Inoltre, uno sgrassaggio efficace può essere ottenuto anche in soluzioni alcaline riscaldate; ad esempio, immergendo le parti in acciaio in una soluzione di soda caustica 10% a 70-80 °C.

(2) Rimozione degli ossidi

Gli ossidi sulla superficie delle parti prima della brasatura possono essere eliminati utilizzando metodi meccanici, incisione chimica o incisione elettrochimica. I metodi meccanici possono includere lime, spazzole metalliche, carta vetrata, mole e sabbiatura per rimuovere le pellicole di ossido. Lime e carta vetrata sono in genere utilizzate per la produzione di pezzi singoli, in quanto creano scanalature vantaggiose per la bagnatura e la distribuzione del metallo di riempimento. Per la produzione in lotti, levigatrici, spazzole metalliche e metodi di sabbiatura sono più efficienti. I metodi di pulizia meccanica non sono adatti per leghe di alluminio e leghe di titanio.

(3) Rivestimento del materiale di base con metallo

L'applicazione di un rivestimento metallico sulla superficie del materiale di base mira principalmente a migliorare la brasabilità di determinati materiali e ad aumentare la bagnabilità del metallo di riempimento. Questo processo può anche impedire interazioni avverse tra il materiale di base e il metallo di riempimento che potrebbero degradare la qualità del giunto, come la formazione di crepe o lo sviluppo di composti intermetallici fragili. Può anche fungere da strato di riempimento per semplificare l'assemblaggio e migliorare la produttività.

3. Materiali per brasatura

(1) Metalli di riempimento

Common filler metals include pure copper, copper-zinc alloys, and silver-copper alloys. Pure copper offers excellent wettability with various carburo di 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 di 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 di 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 utensili da taglio e punte da trapano.

Silver-copper fillers have a lower melting point, resulting in minimal thermal stress and a lower tendency for cracking during carburo di 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 di tungsteno and provide desirable overall performance for brazed joints.

Per applicazioni superiori a 500°C con elevate esigenze di resistenza dei giunti, è possibile selezionare riempitivi a base di manganese e nichel come B-Mn50NiCuCrCo e B-Ni75CrSiB. Sono richiesti materiali di riempimento specifici che corrispondano alle temperature di tempra quando si brasa l'acciaio rapido, suddivisi in due categorie: riempitivi a base di ferro-manganese composti principalmente da ferro-manganese e borace, che generalmente forniscono una resistenza al taglio di circa 100 MPa, sebbene questi giunti siano inclini a criccarsi. L'altra categoria comprende leghe di rame speciali contenenti Ni, Fe, Mn e Si, che riducono al minimo le tendenze alla criccatura e raggiungono resistenze al taglio fino a 300 MPa.

(2) Flusso e gas protettivi

The selection of flux should align with both the base material and the chosen filler metal. For brazing tool steels and carburo di 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 di tungsteno can be brazed under hydrogen protection, necessitating a hydrogen dew point below -59°C.

4. Processi di brasatura

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 di 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 di 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 brasatura degli acciai per utensili al carbonio è meglio eseguirla prima della tempra o contemporaneamente a questo processo. Se la brasatura avviene prima della tempra, la temperatura del solidus del metallo d'apporto deve superare l'intervallo della temperatura di tempra, assicurando che i pezzi uniti mantengano una resistenza sufficiente quando vengono riscaldati nuovamente a temperature di tempra. Quando la brasatura e la tempra vengono eseguite contemporaneamente, si dovrebbe selezionare un metallo d'apporto con una temperatura del solidus vicina alla temperatura di tempra.

La gamma di composizioni degli acciai legati per utensili è ampia e richiede la selezione di metalli d'apporto e processi di trattamento termico specifici in base al tipo specifico di acciaio, per ottenere prestazioni ottimali dei giunti.

Per l'acciaio rapido, la temperatura di tempra generalmente supera le temperature di fusione dei riempitivi di argento-rame e rame-zinco, rendendo necessaria la pre-tempra. La brasatura può essere eseguita durante la tempra secondaria o in seguito. Se è richiesta la tempra post-brasatura, si dovrebbero utilizzare solo i riempitivi specializzati menzionati in precedenza. Quando si brasano utensili in acciaio rapido, l'uso di un forno a coke può essere piuttosto efficace; dopo la fusione del riempitivo, l'utensile da taglio dovrebbe essere rimosso, il riempitivo in eccesso pressato fuori, quindi sottoposto a tempra in olio, seguito da rinvenimento a 550-570 °C.

When brazing carburo di 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 di tungsteno cutting tool assembly.

5. Pulizia post-brasatura

I residui di flussi possono essere corrosivi per i giunti brasati e ostacolare l'ispezione del giunto, quindi devono essere rimossi completamente. Inizialmente, i residui di flusso sui pezzi possono essere risciacquati con acqua calda o una miscela generale per la rimozione del flusso, seguita da un trattamento con soluzioni di pulizia acide appropriate per eliminare lo strato di ossido dal materiale di base. È fondamentale evitare di utilizzare soluzioni di acido nitrico per prevenire la corrosione del metallo brasato. I residui di flussi organici morbidi possono essere puliti con solventi come benzina, alcol o acetone, mentre i residui corrosivi come ossido di zinco e cloruro di ammonio devono essere puliti in una soluzione di NaOH 10%, seguita da un risciacquo con acqua calda o fredda. I residui di flussi di borace e acido borico possono generalmente essere risolti utilizzando metodi meccanici o bollitura prolungata in acqua.

6. Ispezione della qualità della brasatura

I metodi per ispezionare i giunti brasati possono essere suddivisi in test non distruttivi e test distruttivi. Di seguito vengono evidenziati i metodi di ispezione non distruttivi:

• Ispezione visiva
• Test di penetrazione dei coloranti e di fluorescenza: Questi metodi consentono principalmente di rilevare piccole crepe, porosità o altri difetti che potrebbero non essere visibili tramite l'ispezione visiva.

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