タングステンカーバイド溶接に関するコンテンツ

1. 炭化タングステンろう付け時に遭遇する問題

The brazability of タングステンカーバイド 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, タングステンカーバイド 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 タングステンカーバイド. When necessary, coatings such as copper or nickel can be applied before brazing to improve joint performance.

2. ろう付け前の表面処理

ろう付け前にワークピースの表面から汚染物質を徹底的に除去することが不可欠です。ろう付けは、酸化物、グリース、汚れ、塗料などの汚れを取り除くために行われます。適切な洗浄を行わないと、溶融したろう付け金属が部品の表面を十分に濡らすことも、接合部の隙間を埋めることもできません。場合によっては、基材のろう付け性を高め、ろう付け接合部の耐腐食性を高めるために、部品を特定の金属層で事前にコーティングする必要があることもあります。

（１）油汚染物質の除去

油汚染物質は、アルコール、四塩化炭素、ガソリン、トリクロロエチレン、ジクロロエタン、トリクロロエタンなどの有機溶剤を使用して除去できます。小ロット生産の場合、部品を有機溶剤に浸して徹底的に洗浄できます。大ロット生産の場合、最も一般的な方法は蒸気脱脂です。さらに、加熱アルカリ溶液でも効果的な脱脂が可能です。たとえば、鋼部品を 70～80°C の 10% 苛性ソーダ溶液に浸します。

（２）酸化物の除去

ろう付け前の部品表面の酸化物は、機械的方法、化学エッチング、または電気化学エッチングを使用して除去できます。機械的方法には、酸化膜を除去するためのやすり、ワイヤーブラシ、サンドペーパー、研削ホイール、サンドブラストなどがあります。やすりとサンドペーパーは、フィラー金属の濡れと広がりに有利な溝を作るため、通常、単一部品の生産に使用されます。バッチ生産の場合、サンダー、ワイヤーブラシ、サンドブラスト法の方が効率的です。機械的洗浄方法は、アルミニウム合金とチタン合金には適していません。

（３）基材に金属をコーティングする

母材の表面に金属コーティングを施す主な目的は、特定の材料のろう付け性を改善し、フィラー金属の濡れ性を高めることです。このプロセスにより、ひび割れの形成や脆い金属間化合物の発生など、接合品質を低下させる可能性のある母材とフィラー金属間の悪影響を防ぐこともできます。また、フィラー層として機能し、組み立てを簡素化して生産性を向上させることもできます。

3. ろう付け材料

（１）フィラーメタル

Common filler metals include pure copper, copper-zinc alloys, and silver-copper alloys. Pure copper offers excellent wettability with various タングステンカーバイド 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 タングステンカーバイド 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 タングステンカーバイド 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 切削工具 および岩石ドリルビット。

Silver-copper fillers have a lower melting point, resulting in minimal thermal stress and a lower tendency for cracking during タングステンカーバイド 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 タングステンカーバイド and provide desirable overall performance for brazed joints.

500°C を超える高温で高い接合強度が求められる用途では、B-Mn50NiCuCrCo や B-Ni75CrSiB などのマンガンベースおよびニッケルベースのフィラーを選択できます。高速度鋼のろう付けには、焼入れ温度に一致する特定のフィラー材料が必要であり、2 つのカテゴリに分けられます。マンガン鉄ベースのフィラーは主にマンガン鉄とホウ砂で構成され、一般に約 100 MPa のせん断強度が得られますが、これらの接合部は割れやすくなります。もう 1 つのカテゴリは、Ni、Fe、Mn、Si を含む特殊な銅合金で構成され、割れ傾向を最小限に抑え、最大 300 MPa のせん断強度を実現します。

（２）フラックスと保護ガス

The selection of flux should align with both the base material and the chosen filler metal. For brazing tool steels and タングステンカーバイド, 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. 炭化タングステン can be brazed under hydrogen protection, necessitating a hydrogen dew point below -59°C.

4. ろう付け工程

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 タングステンカーバイド usually requires sandblasting or grinding with silicon carbide or diamond wheels to remove excessive carbon for better wetting by the filler metal. Carbide-titanium タングステンカーバイド 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.

炭素工具鋼のろう付けは、焼入れ前または焼入れと同時に行うのが最適です。焼入れ前にろう付けを行う場合は、フィラー メタルの固相線温度が焼入れ温度の範囲を超えている必要があります。これにより、焼入れ温度まで再加熱しても接合された部品が十分な強度を維持できるようになります。ろう付けと焼入れを同時に行う場合は、固相線温度が焼入れ温度に近いフィラー メタルを選択する必要があります。

合金工具鋼の成分範囲は広く、最適な接合性能を実現するには、特定の鋼種に応じて特定のフィラー金属と熱処理プロセスを選択する必要があります。

高速度鋼の場合、焼入れ温度は一般に銀銅および銅亜鉛フィラーの融点を超えるため、事前焼入れが必要です。ろう付けは二次焼戻し中またはその後に行うことができます。ろう付け後の焼入れが必要な場合は、前述の特殊なフィラーのみを使用してください。高速度鋼工具のろう付けには、コークス炉を使用すると非常に効果的です。フィラーが溶けた後、切削工具を取り外し、余分なフィラーを押し出し、油焼入れを行い、その後 550～570°C で焼戻しします。

When brazing タングステンカーバイド 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 タングステンカーバイド cutting tool assembly.

5.ろう付け後の洗浄

フラックスの残留物はろう付け接合部を腐食させ、接合部の検査を妨げる可能性があるため、徹底的に除去する必要があります。最初に、ワークピース上の残留フラックスを温水または一般的なフラックス除去混合物ですすぎ、次に適切な酸洗浄溶液で処理してベース材料から酸化物層を除去します。ろう付けされた金属の腐食を防ぐには、硝酸溶液の使用を避けることが重要です。有機軟質フラックスの残留物は、ガソリン、アルコール、アセトンなどの溶剤で洗浄できますが、酸化亜鉛や塩化アンモニウムなどの腐食性残留物は、10% NaOH 溶液で洗浄し、温水または冷水ですすいでください。ホウ砂およびホウ酸フラックスの残留物は、通常、機械的な方法または水中で長時間煮沸することで解決できます。

6.ろう付け品質の検査

ろう付け接合部の検査方法は、非破壊検査と破壊検査に分けられます。以下は非破壊検査方法の概要です。

• 目視検査
• 染料浸透試験および蛍光試験これらの方法は主に、目視検査では確認できない小さな亀裂、多孔性、その他の欠陥の検出を可能にします。

This comprehensive analysis emphasizes the critical issues and solutions in タングステンカーバイド brazing, aiding in the understanding and enhancement of overall joint performance and quality.