硬 质 合 金 钎 焊 工 艺 的 研 究 口葛志德 口郭勐 口荆皓 中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司 江苏常州 ２１３０１ ｌ 摘要：硬质合金工件在采用中频感应加热进行基础加热后，再进行火焰钎焊、对这一工艺进行了 研究，比较了钎焊过程中排渣、基材喷砂等工序对焊接性能的影响，并进行硬度、剪切强度检测与焊缝断 面形貌分析，采用能谱仪研究元素扩散情况 ．研究表明，所采用的工艺能够获得性能良好的焊缝 关键词：合金钎焊工艺 文献标志码：Ａ 文章编号：１０００—４９９８（２０１８）０２—００６０—０４ 中图分类号：ｒｒＨ１６２ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃａｒｂｉｄｅ ｗ（ｎｋ—ｐｉｅｅｅ ｎｅｅｄｓ ｆｌａｍｅ ｂｒａｚｉｎｇ ａｆｔｅｌ‘ｂａｓｋ·ｈｅａｔｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｍｉｄ—ｒａｎｇｅ ｆｌ＇ｅｑｕｅｎｃｖ Ｉｌｅ［１ｔｅｌ’． ＦＩｌｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｓｌａｇ ｒｅｍｏｖａ１．ｓｕｂｓｎ·ａｔｅ Ｉ＞ｌａｓｔｉｎｇ ａｎ（１ ｏｔｈｅｒ·ｐｒ（Ｊ（ ｅｓｓｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｗｅｈｔｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｄｕｒｉｎｇ ｂｒａｚｅ ｗｅｈｔｉｌｇ ｗｅｒｅ ｅｏｍｐａｌ’ｅｄ． Ｆｈｅ ｈａ ｒｆｔｎｅｓｓｓ｜ｌｅａｌ’ｓｔ］·ｅｎｇｉｈ ａｎｄ ｔｈｅ ｐａｔｔｅｍ ｏｆ ．Ｗｔ ｈｔｉｌｌｇ ｓｅａｍ ｓｅ（·ｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ｓｐｅｅｔｒｏｔ１Ｉｃｉｅｒ ｗａｓ ＬｌＳｅｄ ｔｔ）ｅｘａ！ｎｉｎｅ ｅｌｅｍｅｎｔａｌ ｄｉｆｆｕｓｉｏ１３ＴＩ１ｅ ．．ｉｎｄｉｎｇ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔｆ ｔｈｅ ａｄｏｐｔｅｄ ｐｒｏｃｅｓｓ ｃａｎ ｏｂｔａｉｎ ｗｅｌｌ ｂｅｈａｖｅ￣１ ｗｅＩ（１ｉｎｇ ｓｅｉｔｌｌ１． Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：Ａｌｌｏｙ Ｂｒａｚｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓ １ 问题的提出 碰质合金埘麟件是道碴挖捌机械 一个耐磨性能 求较高的部件，这一部件一方而要承担挖掘链及挖 ｆｌ｜以 部火焰』Ｊｌｌ热进行钎焊硬质合金片．这样既可以 减少火焰ＪＪＩＩ热的时问，提商焊接效率，义可以通过人工 控制火焰加热的化 乖ＩＩ时问，防止基材过热 链轮所受的道碴挖掘阻力，另一方 还耍承受道碴 ３材料的选用 ４２（：ｒＭｏ Ｊ 泛心川了 硬质合金钎焊类磨耗件领域． 消筛过程Ｉｆ】的磨损 为＿ｒ保证链轮侧板的 Ｉ＿ 作性能，要 求侧板端嘶 有较高的耐磨性能，Ｉ大ｌ此需要存侧板的 作为壤体材料， 有良好的力学和耐磨损性能。ｊ￡化学 成分 ＆１ 端 下焊艘质合企，以保证其耐磨性 硬质合金的钎焊方法很多，包括火焰钉焊、盐浴钎 卡ｌ｛钎 、【乜 钉 、感应钎焊、保护气体炉中钎 馊质合金的 接性能较蓐 Ｉ，选择合适的硬质合 金埘焊接质毓钉密切影响 、【六Ｊ此，选川具有良好润湿性 和１铺腱性的钎料，以及选Ｊ＿Ｉｊ焊接性能卡Ｈ对较好的硬质 、 焊、真伞钎焊等 、合适的钎焊问隙、正确的火焰加热 过 卡¨添ＪＪｆ】钉料方法是保证钎焊质越的关键２．．采用 火焰针焊， 热时『白Ｊ Ｋ．Ｉ 人劳动强度大．同时南于加 合金，能够蜓容易获得优质、饱满的焊缝 、经过比较．硬 质合金选川ＹＧ１５ ，其品粒度为２～３ Ｉｘｍ，密度为 ｌ３．９～１４．１ ｇ／ｔ Ｉ１＋１ ，钻质 分数为ｌ４．８％～ｌ５．２％。钻质量 分数较夫的碰质合金，具有较好的冲击韧性，同时还具 行较大的抗 强度， 、热时川长，对坫材的硬度有较大影响 采用感应钎焊． ＪＪｕ热速度怏，Ｉ 艺稳定性能好，但由于需要焊接硬质合 金片较多，必须采刚 装【古】定，Ｔ件干¨【 装体积较大． 使感应钎蝉线阁离¨牛较远，热影响区变大，造成侧板 撼材硬度降低．．采用真 炉中钎焊将Ｉ 件繁体加热．同 钎料的选川 ‘虑焊接温度、润湿性要求，以及与 材形成冶金结合性能的要求等．同时 要满足焊缝 物删、化学技力 ：性能要求。钎料的化学成分见表２， ｊ 熔化温度为６７１～７７９ ：，钎焊温度为７７９～８９９℃ 佯会降低基材性能 此，必须选用合适的加热方法． 保证钎焊强度的㈣时，避免基材硬度受到较大影响． 从 满足ｒ 件的使川性能要求 钎焊过秤ｆｆ】，为丫使钎料更好地流动和获得质 Ｉｔ 好ｆｌ＇ｊ＇ｔｇ－缝，心选川钎齐ＩＪ作为助焊剂、 助焊剂的作用 表Ｉ ４２（ｈＭｔ，化学成分 ２钎焊工艺的选择 采ＪＩＪ感应ＪＪＩＪ热 Ｉｊ火焰ＪＪｎ热卡Ｈ结合的 ．元素 ｆ泼 胖 锰 铬 钼 即以中频感应』Ｊ兀热提高Ｔ件温度． Ｉ 质量分数 Ｏ．３８％～０．４５％ ０ ｌ７％－０ ３７％ ０．５０％～Ｏ．８０％ ０．９０％～１．２Ｏ％ Ｏ．１５％～０．２５％ 收舶¨期：２０１ ７年８月 ２０１８／２ 机械制造５６卷第６４２期 表２钎料化学成分 成分 质毓分数 银 ４０ｃＡ－ ———— 铜 ３０％ 钟 ２８ 镍 ２％ 镜、澉 力机等， ５．１ 焊接Ｔ艺 采川 微艇度仪检测 样，发观 质合金４ｑｉ，ｔ．１￣ 主要是去除表而杂物，增强钎料存焊接 力，隔绝焊接 ‘ｊ．＿ 而防止氧化 的铺展能 』 ｊＩ 材硬度有一定 降， 热影响 （ ５．２钎 焊缝剪切强度 质｛ ４ 离烨缝位置较近．【Ｉ』Ｊ ］ 以【 号虑．钎 １）化置硬度Ｖ降 型多 剂采朋ＦＢｌ０２（：银焊膏，能够满足焊接需嘤 ４钎焊过程 焊前处理、装灭、加热方式对焊接的女史牢平１Ｉ焊缝强 度等有不同影响 、 钎焊过 【Ｉ１．焊缝排 也会计焊接 通过哆。切试验 确定 缝 Ｊ建 ｛Ｉ！ｌｊ试如 质 造成影响 、笔行采用不同的试验力‘案研究钎焊办 法对焊接质 的影响． ．４．１ 焊前处理 硬质合 钎焊和ｊｅ它钎焊一样 焊 处理．【＿｛ 的是为钎焊创造 ｒ利条件，以获得优质 缝．、·股焊前 对硬质合金的处删仃机械、化学、物州、趟 ｆ波、电化学 大膜等方法。笔暂对硬质合金和基材采川ｔ喷眇方法去 除表而杂质， 时号察喷砂Ｔ序对钉焊表 技钎焊质 的影响 由于需：Ｉ＝Ｉｔｌ接的硬质合金片较多， ．ｔｔｇ为提离钎焊 效率和质量， 焊接前川］＿装将硬质 金片 定 、 ４．２焊接工艺 采用中嬲感 加热至４５０℃左 埘 材的硬度影 响较小，再采川火焰加热至钎焊温度８５（１ ｃ【：左彳Ｉ‘，钎焊 究成后住２５０～３００ １人Ｊ保温 、应用这 Ｉ 艺．口Ｊ’以减／ｌ， 加热对基材硬度的影响，同时使焊接ＪＪｌｌ热时ｆＨＪ有很人 缩短 钎焊叫 若没有－ｔ－ＩＩ￣渣操作，将硬质合金 ＪＪ【ｌ热 暗 红色，有钎料从硬质合金片四周均匀析…，将 Ｉ 装拧 紧。钎焊时若 排淤操作，将硬质合金片ＪＪ『Ｊ热至暗红 色．当有钎料均匀析 时，松开紧吲Ｉ 装，轻微移动硬 质合金片，使焊渣及时排…，然后拧紧１ 装．对两种操 作进行对Ｉ．匕，杉察排渣一 序对硬质俞金钉 质量的影 响 ４．３焊接试验；ｈ－案 焊接试验力 案 表３。 表３焊接试验方案 每个焊接试验力 案做＝ 。个焊接 样，针对 个试 验方案随机选择一个ｉＪ弋样进行分析研究 ５焊接试样分析 试验用设衙包括 微硬度仪 、能 仪、电子 微 机械制造５６卷第６４２期 ２用 爪．ｎｉ力杉Ｌ ：ｔｑ－Ｊｆ，ｉ、大 下挤 趔质合金，检 测 缝受 切 』ｔ 断裂时的 人哆， 力 、 焊缝 切 强度作为硬质 俞 钎 的ｊ二 要参数． 接反 映ｒ乍ｆ卡：｝ ｊ罄 材＾乏硬质合金 ｆ１４ｊ＃ｆｉ合Ｊｆ占 圯． 按 ｌｉ；ｌ，ｔｉｔ接试验 力 ．粜ｉ 刮的焊 缝． 切强度 测试， 刮数据见表５ ．对 材进行喷砂和排渣处删， 缝的 均幔度达到２８７．５ ＭＰａ，Ｉｊ琏材没ｈ－喷砂ｆｌＩ ４￣４ｔＩ｛淤处 的酞验相比，姒度仃较人提高 试验力‘窠ｌ 丰ＩＩ比试验 案３的强度也彳ｒ叫 提高 从测试结果米 行．焊前对琏材进行喷砂处 ．提离Ｊ 焊缝剪切 艘， 这址 为摧材丧 喷砂能仃效增人焊缝的接触 ｆＪ！， 埘 缝强 的提高有＿Ｃ－Ｙ：火帮ＩＩＪＪ、 从【皋１ ３町以看出，焊缝排淤较好的剪切断 比较 光 ｝，焊料铺腮比较均匀，ｌ『ｌ『没仃排渣操作的断 仃【１』】 表４试样硬度 表５焊缝剪切强度 试验编号 剪切曲¨堑／ＭＰａ 平均仇／ＭＰａ ｌ ３００．３ ２７６ ８ ２８５ ３ ２８７．５ ２２３ ２（ｘ） ２２９ ２１７．３ ３ ２４４．２ ｊ２７７．８ ２２５ ３ ２４９．１ ２０１８／２回 显的焊渣存在。这是凶为焊渣没有及时排ｆ｝｛，影响了钉 料的铺展．减小了硬质合金与基材的有效焊接而积． 基材中， 钎焊界面及基材中有明显增多，显示其具有 较强的扩散能力，且与铁形成『舌Ｉ溶体 “。银 焊接过 程中的区域富集情况较明显，界面附近的银较多。从上 述元素扩散分布情况亓丁以看出．虽然钎焊的钎焊温度 断面处呈现不整齐彤貌．降低了焊接强度。基材喷砂后 表面呈现不规则的凹凸．增大了焊接而的有效钎焊两 积，同时也能使针料在基材的结合而彤成更好的互熔， 增加了剪切强度．如图４所示 ５．３焊缝显微组织 一卡Ｈ对较低，焊接时间相对较短，但焊缝中的各个元素在 定程度上得到了充分的融合 、 钎焊过程中，焊料与基材及硬质合金进行干ＩＩ互作 用，形成紧密结合的微观组织，通过对焊缝的微观组织 进行分析可以发现其与焊接质量有密切联系 图５为钎焊焊缝显微组织．可以看¨｛．钎料与基材 ６结论 应月ｊ巾频感应加热 件至一定温度，然后进行火 焰钎焊，在保证基材硬度的同时能确保焊接质量，同时 得｝｛｛如下结论： 及硬质合金连接的界面清晰，结合较好，无气孔、裂纹、 脱焊等明显钎焊缺陷。钎料在焊接过程巾表现¨｛较好 的焊接性能。图５中上侧靠近硬质合金的焊缝反应界 面形成了一层薄且均匀的带状反应区，下侧为钎料与 基材的反应界面．基材在焊接前进行了喷砂处理，焊接 （１）基材的喷砂处理增大了焊接过程中的接触面 积． 著提高焊接强度； （２）焊接过程中的排渣操作必不可少，采取排渣 丁作能改善焊缝的钎料铺覆，提高焊接性能； （３）采用Ｔ艺方案ｌ的钎焊焊缝，铜、钻、银等元 素的扩散比较充分，可获得较好的焊接质量。 面表现出凹凸不平，使钎料与基材的结合紧密，没有明 显缺陷。在剪切测试中，钎焊界面的断裂从钎料处断 参考文献 『１］ 中国机械丁程学会焊接学会焊接手册Ｉ：焊接方法及设备［ＭＩ． ２版．北京：机械一１ 出版礼，２００ｌ：４８１—４９０． 裂。硬质合金片及基材表面钎料断而均匀平整，从侧而 验证了钎焊工艺．达到了焊接质量要求。 ５．４钎焊焊缝元素扩散分布情况 为考察钎料在焊接过程中的扩散分布情况，对焊 ［２］汤健，宋延钢，顾福明．制冷设备钉焊工艺研究及应用［Ｊ］． 机械制造，２００８，４６（２）：１６－１８． 接试样做了能谱分析，考察焊接界面及焊缝各处的元 素分布情况。罔６巾，横坐标为从硬质合金侧至基材侧 的距离．纵坐标数值为能潜计数牢，反映焊缝ｒ｝１元素的 质量分数趋势。 『３］工娟，李亚江．钎焊与扩散焊［Ｍ］．北京：化学工业ｆ＿Ｉ＿：版社， ２０１６：１７７—１８５． ［４］张启运，庄鸿寿．钎焊手册［Ｍ］．北京：机械工业｝｝Ｉ版社， １９９９：１ １—２２． 钎焊的加热过程是钎料与基材及硬质合金扩散、 融合的过程，元素之间的互相扩散形成＿ｒ一个复杂的 反应体系，这一扩散的过程也是形成较佳连接焊缝的 保证。在不同的钎焊温度下．焊缝中的元索分布规律基 本相同＿７＿ ，然而各个元素的扩散、富集也有自身的规 『５］金属材料布氏硬度试验第１部分：试验方法：ＧＢ／Ｔ ２３１．１—２０Ｏ９［Ｓ］． ［６］采掘机械用截齿：Ｍ ２４６－－２００６［Ｓ］． 『７］刘秋同．ＹＧ６Ｃ硬质合金与５Ｃ，·ＭｎＭｏ钢真空钎焊及真空 热处理一体化１－艺研究『Ｄ］．镇汀：江苏科技大学，２０ｌ１． 『８］刘佳惠．ＹＧ６Ｃ硬质合金与４２ＣｒＭｏ钢真空钎焊及热处理 一律。铬的扩散相对均匀，存硬质合金及钎料巾都有很大 程度的存在，在焊缝的反应界面富集较多，原本只存在 于钎料中的镍在两侧也有一定的扩散。铜、锌、钠在焊 接后大部分存在于钎料中，铜存钎焊界面中富集较为 明显。硬质合金中钻的扩散较为活跃，通过长 扩散至 体化Ｔ艺研究［Ｄ］．镇汀：汀苏科技大学，２０１ １． 『９］胤金．工海龙．ＹＧ８硬质合金与４２ＣｒＭｏ钢的真空钎焊工艺 研究『Ｊ］．热加１ １一艺，２００９，３８（７）：ｌ０９一ｌ １ １． 『１０１ ＢＡＯ Ｍ Ｄ，ＸＵ Ｊ Ｆ，ＸＵ Ｘ Ｂ，ｅｔ ａ１．Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｓｔｒｕｔ一 ２０１８／２ 机械制造５６卷第６４２期 ∞ ∞ ∞ ５（） 静２０ 【）１） Ｌ 警 １０ ５０ ５０ ５０ 离 ｍ （Ｉ，）｛；｝｝ ９Ｏ ７０ 距离／ （ｃ ）铜 ３０（） ５０ ３０ 碍 辍 盎 ２００｛ … ｌ ５０ ｌ０ （） 距离／Ｉ．ｚｍ （ｄ）锌 距离，ＬＬ （ｔ ）钠 ４（） ３０（） Ｐ 离／¨ （ｎ车ｌｆｌ 静 时 妊 ± ■ 译３０ 舞 毫 ｏ … ５Ｏ ５Ｏ １（）（） ５Ｏ 距离／，ｕ．ｍ 离，ｕ （ｈ）银 衅ｉ离 （ｉ）镍 ｔｇ）铁 ▲图６钎焊焊缝元素扩散分布情况 Ｉｔｌｒ￣＂ａＩｉｄ Ｂｏｎｄ Ｐｉ’ｏｐｅｒｉｉｅｓ Ｉｎ、１ｗ Ｉ１（：Ｐｌｉｌｔ ｒｉｌｅｄ（ Ｉｌｒｂｉｄｅ ａｎ‘Ｉ １ｓ ｏｔ ＴＯＯＩ Ｓｔｅｅｌ Ｂｌａｚｉｎｇ ｗｉｔｈ Ａｍｏｌ’ｐｈｏｌＪ ｓ ＡＩＩｏ）． ．Ｉ ｒｒｉ：１Ｉ１Ｓ；．Ｉ（·ｔｉｏ 作者简介： 蓥忐瞎（Ｉ９８４一 焊接；郭动（Ｉ９８３一）． 及焊接 ，工程师．主要研究方向为机械设计及 Ｍａｔ ｉａｌｓ Ｌｌｌｌ（１ Ｈｅａｔ Ｔｆｅａ［１１１（￣１ｉｔ．２００４，２５（５）：１０１—１０４． 每级工程师，主要研究方向为机械设计 ］虞觉奇，易义质，陈邦迪，等． ， 合 状忿 ｝ 海利．学技术ｆＨ版礼．１９８７：３０１—４９８． Ｍ ＿』 海： （上接第５９页） ０ Ｊ陈 ，张…ｔ，）ｌｉ锄Ｊ林．１ 金 必杂物对铡制零什 ：ｒ５川魂 ６ Ｊ庞兆犬，拿史竹，黄磊．钢丝峻洗ｌｆ 脆的形成，Ｉ技坝防措 施＿Ｊ ｌ＿鞍俐技术，２００８（６）：２５—２８，３２． ７］怅卡彖．钟培道，陶春虎．机械火效的 川分析！Ｍ Ｅ求：ｌ叫 防Ｉ 、 ｎ版 ．１９９７． 的影响Ｉ川． 化榆验（物 分册），２００５，４１（１】）：５５６— ５５８，５８７． ｆｌ１］李树 ．６０Ｍ ｒ 环件断裂失效分析［Ｊ１．科技创新导｝｝｛，２０１０ （２６）：Ｉ ｌ ８． ８ｊ ＦＥＵＥＲ Ｈ，ＭＡＲＧＡＩ ｎ’Ｊ．ＳＯｌ， Ｃｓ一 ｒＩ…¨ｔｌｌ…Ｉ Ｍｌｅ｝Ｊ ＡｌＩ｜ｆ＇ｌ’ （·ｄｌ１ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｓｏｃｉｅｔｙ Ｉ¨ｒｌｉｎ，２００４．８３（７）：Ｉ２—１５． 作者简介： 王立玲（Ｉ９７９ ）．女．高级工程师．主要研究方向勺金橘材 料零部件理『匕拎测硬失效分析 ９］ 晓东．高强度钢的表 防护歧 脆 题． １．电镀 ｊ耥饰． １９９８．２０（３）：２７—２９． （编辑 丁 罡） 机械制造５６卷第６４２期 ２０ｌ８／２