Conteúdo sobre soldagem de carboneto de tungstênio

1. Problemas encontrados durante a brasagem de carboneto de tungstênio

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

2. Preparação da superfície antes da brasagem

É essencial remover completamente os contaminantes da superfície das peças de trabalho antes da brasagem, incluindo óxidos, graxa, sujeira e tinta. Sem a limpeza adequada, o metal de enchimento fundido não consegue molhar adequadamente a superfície do componente, nem preencher as lacunas da junta. Em certos casos, também pode ser necessário pré-revestir as peças com uma camada de metal específica para melhorar a soldabilidade do material base e aumentar a resistência à corrosão da junta soldada.

(1) Remoção de contaminantes de óleo

Contaminantes de óleo podem ser removidos usando solventes orgânicos como álcool, tetracloreto de carbono, gasolina, tricloroetileno, dicloroetano e tricloroetano. Para produção em pequenos lotes, os componentes podem ser imersos em solventes orgânicos para limpeza completa. Na produção em grandes lotes, o método mais comum é o desengorduramento a vapor. Além disso, o desengorduramento eficaz também pode ser obtido em soluções alcalinas aquecidas; por exemplo, imergindo peças de aço em uma solução de soda cáustica 10% a 70–80°C.

(2) Remoção de Óxidos

Óxidos na superfície das peças antes da brasagem podem ser eliminados usando métodos mecânicos, ataque químico ou ataque eletroquímico. Os métodos mecânicos podem incluir limas, escovas de arame, lixas, rodas de esmeril e jateamento de areia para remover películas de óxido. Limas e lixas são normalmente usadas para produção de peça única, pois criam ranhuras vantajosas para a umectação e espalhamento do metal de enchimento. Para produção em lote, lixadeiras, escovas de arame e métodos de jateamento de areia são mais eficientes. Os métodos de limpeza mecânica não são adequados para ligas de alumínio e ligas de titânio.

(3) Revestimento do material base com metal

A aplicação de um revestimento metálico na superfície do material base tem como objetivo principal melhorar a capacidade de brasagem de certos materiais e aumentar a molhabilidade do metal de enchimento. Esse processo também pode evitar interações adversas entre o material base e o metal de enchimento que podem degradar a qualidade da junta, como a formação de trincas ou o desenvolvimento de compostos intermetálicos quebradiços. Também pode servir como uma camada de enchimento para simplificar a montagem e melhorar a produtividade.

3. Materiais de brasagem

(1) Metais de enchimento

Common filler metals include pure copper, copper-zinc alloys, and silver-copper alloys. Pure copper offers excellent wettability with various carboneto de tungstênio 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 carboneto de tungstênio 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 carboneto de tungstênio 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 ferramentas de corte e brocas de perfuração de rocha.

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

Para aplicações acima de 500°C com altas demandas de resistência de junta, enchimentos à base de manganês e níquel, como B-Mn50NiCuCrCo e B-Ni75CrSiB, podem ser selecionados. Materiais de enchimento específicos que correspondem às temperaturas de têmpera são necessários ao brasar aço rápido, divididos em duas categorias: enchimentos à base de ferro-manganês compostos principalmente de ferro-manganês e bórax, que geralmente produzem uma resistência ao cisalhamento de cerca de 100 MPa, embora essas juntas sejam propensas a rachaduras. A outra categoria compreende ligas especiais de cobre contendo Ni, Fe, Mn e Si, que minimizam as tendências de rachaduras e atingem resistências ao cisalhamento de até 300 MPa.

(2) Fluxo e gases de proteção

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

4. Processos de brasagem

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

A brasagem de aços de ferramentas de carbono é melhor realizada antes da têmpera ou simultaneamente com este processo. Se a brasagem ocorrer antes da têmpera, a temperatura solidus do metal de enchimento deve exceder a faixa da temperatura de têmpera, garantindo que as peças unidas retenham resistência suficiente quando reaquecidas às temperaturas de têmpera. Quando a brasagem e a têmpera são realizadas simultaneamente, um metal de enchimento com uma temperatura solidus próxima à temperatura de têmpera deve ser selecionado.

A gama de composições para aços para ferramentas de liga é ampla, exigindo seleções específicas de metal de adição e processo de tratamento térmico de acordo com o tipo específico de aço para atingir o desempenho ideal da junta.

Para aço rápido, a temperatura de têmpera geralmente excede as temperaturas de fusão de enchimentos de prata-cobre e cobre-zinco, necessitando de pré-têmpera. A brasagem pode ser realizada durante o revenimento secundário ou depois. Se for necessária a têmpera pós-brasagem, somente os enchimentos especializados mencionados anteriormente devem ser utilizados. Ao brasar ferramentas de aço rápido, usar um forno de coque pode ser bastante eficaz; após o enchimento derreter, a ferramenta de corte deve ser removida, o excesso de enchimento deve ser prensado para fora e, em seguida, submetido à têmpera em óleo, seguido de revenimento a 550–570 °C.

When brazing carboneto de tungstênio 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 carboneto de tungstênio cutting tool assembly.

5. Limpeza pós-brasagem

Resíduos de fluxos podem ser corrosivos para juntas soldadas e dificultar a inspeção da junta, portanto, eles devem ser completamente removidos. Inicialmente, o fluxo residual nas peças de trabalho pode ser enxaguado com água quente ou uma mistura geral de remoção de fluxo, seguido por tratamento com soluções de limpeza ácidas apropriadas para eliminar a camada de óxido do material base. É fundamental evitar o uso de soluções de ácido nítrico para evitar a corrosão do metal soldado. Resíduos de fluxos macios orgânicos podem ser limpos com solventes como gasolina, álcool ou acetona, enquanto resíduos corrosivos como óxido de zinco e cloreto de amônio devem ser limpos em uma solução de NaOH 10%, seguido de enxágue com água quente ou fria. Resíduos de fluxos de bórax e ácido bórico geralmente podem ser resolvidos usando métodos mecânicos ou fervura prolongada em água.

6. Inspeção da qualidade da brasagem

Os métodos para inspecionar juntas soldadas podem ser divididos em testes não destrutivos e testes destrutivos. Os seguintes destaques dos métodos de inspeção não destrutivos:

• Inspeção visual
• Teste de penetração de corante e fluorescente:Esses métodos permitem principalmente a detecção de pequenas rachaduras, porosidade ou outros defeitos que podem não ser visíveis por meio de inspeção visual.

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