Treść dotycząca spawania węglikiem wolframu

1. Problemy napotykane podczas lutowania węglika wolframu

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

2. Przygotowanie powierzchni przed lutowaniem

Przed lutowaniem konieczne jest dokładne usunięcie zanieczyszczeń z powierzchni obrabianych elementów, w tym tlenków, smaru, brudu i farby. Bez odpowiedniego czyszczenia stopiony metal wypełniający nie może odpowiednio zwilżyć powierzchni elementu ani wypełnić szczelin w złączu. W niektórych przypadkach może być również konieczne wstępne pokrycie części określoną warstwą metalu w celu zwiększenia lutowalności materiału bazowego i zwiększenia odporności na korozję lutowanego złącza.

(1) Usuwanie zanieczyszczeń olejowych

Zanieczyszczenia olejowe można usunąć za pomocą rozpuszczalników organicznych, takich jak alkohol, czterochlorek węgla, benzyna, trichloroetylen, dichloroetan i trichloroetan. W przypadku produkcji małych partii elementy można zanurzyć w rozpuszczalnikach organicznych w celu dokładnego oczyszczenia. W przypadku produkcji dużych partii najczęstszą metodą jest odtłuszczanie parowe. Ponadto skuteczne odtłuszczanie można również osiągnąć w podgrzanych roztworach alkalicznych; na przykład zanurzając części stalowe w roztworze sody kaustycznej 10% w temperaturze 70–80°C.

(2) Usuwanie tlenków

Tlenki na powierzchni części przed lutowaniem można wyeliminować za pomocą metod mechanicznych, trawienia chemicznego lub trawienia elektrochemicznego. Metody mechaniczne mogą obejmować pilniki, szczotki druciane, papier ścierny, tarcze szlifierskie i piaskowanie w celu usunięcia warstw tlenków. Pilniki i papier ścierny są zwykle używane do produkcji pojedynczych elementów, ponieważ tworzą rowki korzystne dla zwilżania i rozprowadzania metalu wypełniającego. W przypadku produkcji wsadowej szlifierki, szczotki druciane i metody piaskowania są bardziej wydajne. Mechaniczne metody czyszczenia nie nadają się do stopów aluminium i stopów tytanu.

(3) Powłoka materiału bazowego z metalem

Nakładanie powłoki metalowej na powierzchnię materiału bazowego ma na celu przede wszystkim poprawę lutowalności niektórych materiałów i zwiększenie zwilżalności spoiwa. Proces ten może również zapobiegać niekorzystnym interakcjom między materiałem bazowym a spoiwem, które mogłyby pogorszyć jakość połączenia, takim jak powstawanie pęknięć lub rozwój kruchych związków międzymetalicznych. Może również służyć jako warstwa wypełniacza, aby uprościć montaż i poprawić wydajność.

3. Materiały lutownicze

(1) Metale wypełniające

Common filler metals include pure copper, copper-zinc alloys, and silver-copper alloys. Pure copper offers excellent wettability with various węglik wolframu 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 węglik wolframu 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 węglik wolframu 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 narzędzia tnące i wiertła do kamienia.

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

Do zastosowań powyżej 500°C z wysokimi wymaganiami dotyczącymi wytrzymałości połączeń można wybrać wypełniacze na bazie manganu i niklu, takie jak B-Mn50NiCuCrCo i B-Ni75CrSiB. Podczas lutowania stali szybkotnącej wymagane są określone materiały wypełniające, które odpowiadają temperaturom hartowania, podzielone na dwie kategorie: wypełniacze na bazie manganu i żelaza, składające się głównie z żelaza manganowego i boraksu, które generalnie dają wytrzymałość na ścinanie około 100 MPa, chociaż te połączenia są podatne na pękanie. Druga kategoria obejmuje specjalne stopy miedzi zawierające Ni, Fe, Mn i Si, które minimalizują tendencję do pękania i osiągają wytrzymałość na ścinanie do 300 MPa.

(2) Topniki i gazy ochronne

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

4. Procesy lutowania

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 węglik wolframu usually requires sandblasting or grinding with silicon carbide or diamond wheels to remove excessive carbon for better wetting by the filler metal. Carbide-titanium węglik wolframu 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.

Lutowanie stali narzędziowych węglowych najlepiej wykonywać przed hartowaniem lub równocześnie z tym procesem. Jeśli lutowanie następuje przed hartowaniem, temperatura solidusu spoiwa musi przekraczać zakres temperatury hartowania, zapewniając, że łączone elementy zachowują wystarczającą wytrzymałość po ponownym podgrzaniu do temperatur hartowania. Gdy lutowanie i hartowanie są wykonywane równocześnie, należy wybrać spoiwo o temperaturze solidusu zbliżonej do temperatury hartowania.

Zakres składu stali narzędziowych stopowych jest szeroki, co wymaga doboru konkretnego spoiwa i procesu obróbki cieplnej w zależności od rodzaju stali, aby uzyskać optymalną wydajność połączenia.

W przypadku stali szybkotnącej temperatura hartowania zazwyczaj przekracza temperatury topnienia wypełniaczy srebrno-miedzianych i miedziano-cynkowych, co wymaga wstępnego hartowania. Lutowanie może być przeprowadzone podczas wtórnego odpuszczania lub później. Jeśli wymagane jest hartowanie po lutowaniu, należy stosować wyłącznie specjalistyczne wypełniacze wymienione wcześniej. Podczas lutowania narzędzi ze stali szybkotnącej użycie pieca koksowego może być bardzo skuteczne; po stopieniu wypełniacza należy usunąć narzędzie tnące, wycisnąć nadmiar wypełniacza, a następnie poddać je hartowaniu olejowemu, po czym odpuścić w temperaturze 550–570°C.

When brazing węglik wolframu 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 węglik wolframu cutting tool assembly.

5. Czyszczenie po lutowaniu

Pozostałości topników mogą być żrące dla lutowanych spoin i utrudniać kontrolę spoiny, dlatego należy je dokładnie usunąć. Początkowo resztki topnika na obrabianych przedmiotach można spłukać gorącą wodą lub ogólną mieszanką do usuwania topnika, a następnie poddać działaniu odpowiednich roztworów czyszczących na bazie kwasu, aby usunąć warstwę tlenku z materiału bazowego. Należy unikać stosowania roztworów kwasu azotowego, aby zapobiec korozji lutowanego metalu. Pozostałości organicznych miękkich topników można czyścić rozpuszczalnikami, takimi jak benzyna, alkohol lub aceton, podczas gdy żrące pozostałości, takie jak tlenek cynku i chlorek amonu, należy czyścić w roztworze NaOH 10%, a następnie płukać gorącą lub zimną wodą. Pozostałości topników boraksu i kwasu borowego można zazwyczaj usunąć za pomocą metod mechanicznych lub długotrwałego gotowania w wodzie.

6. Kontrola jakości lutowania

Metody kontroli połączeń lutowanych można podzielić na badania nieniszczące i badania niszczące. Poniżej przedstawiono metody kontroli nieniszczącej:

• Kontrola wizualna
• Badanie penetracyjne i fluorescencyjne:Metody te pozwalają przede wszystkim na wykrywanie małych pęknięć, porowatości i innych defektów, które mogą nie być widoczne podczas oględzin.

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