使用激光加熱連接超長硬質合金的焊接方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及硬質合金與硬質合金之間的焊接技術，具體涉及使用激光加熱連接超長硬質合金的焊接方法。
【背景技術】
[0002]隨著木材工業(yè)技術的進步，各種木質復合材料、貼面板、木、竹集成材，尤其是三聚氰胺浸漬紙貼面板、PVC貼面板等材料越來越多地用于家具、地板、屋面板和工程木制件等。但是這些木材需要分層切削加工，常規(guī)的切削工序、簡單的刀具結構和普通的刀具材料難以勝任或根本無法實現(xiàn)切削加工。硬質合金刀具具有切削速度快，加工效率高，耐磨性能好，使用壽命長的優(yōu)點，已經(jīng)成為木材工業(yè)加工首選刀具。由于其加工木質材料的原始尺寸都較大，相應的加工刀具尺寸也隨之要變長。但硬質合金是以難熔金屬化合物為基體，以過渡族金屬為粘結相，通過粉末冶金方法制備的金屬陶瓷工具材料，這種制備方法就限制了較難生產長尺寸的硬質合金材料，為了獲得長尺寸(大于2米)硬質合金刀具，必須使用焊接技術實現(xiàn)硬質合金與硬質合金之間的可靠連接。
[0003]關于硬質合金與硬質合金的焊接主要存在兩個問題，成為限制超長硬質合金焊接的瓶頸。這兩個問題分別是:其一填充材料的選取。如果選普通填充材料，其材料與硬質合金相比硬度、耐磨性往往相差很多，在工作中填充材料會首先磨損，這樣會在其加工木質材料上面留下凸痕，影響產品的質量，嚴重時會使產品無法使用；其二填充材料與硬質合金這兩種材料的熱膨脹系數(shù)存在很大的差異，這會導致在焊接過程中產生較大的殘余應力，造成硬質合金焊接接頭部位嚴重變形，在后續(xù)的木質材料加工中就會導致硬質合金刀具焊接接頭首先出現(xiàn)裂紋直至最后碎裂。
[0004]激光作為一種新型的焊接熱源，具有加熱速度快、熱影響區(qū)窄、焊后變形及殘余應力小等特點，特別是在減弱接頭熔合區(qū)脆化方面，具有獨特的優(yōu)點，這使其有可能應用于硬質合金與硬質合金的焊接。據(jù)相關文獻報道，可采取激光的“深熔焊”和“熱導焊”模式進行硬質合金與鋼的釬焊，這種方法可使釬料在瞬時內充分熔化，以浸潤硬質合金，又能將硬質合金基體加熱到較高的溫度而不致熔化，使其能夠更好地被液態(tài)釬料所潤濕，形成釬焊接頭。但是相關文獻中只研宄了硬質合金與鋼的焊接，而硬質合金與硬質合金的焊接難度較大，技術含量高，所以在我國這種高質量長尺寸硬質合金與硬質合金的焊接技術尚屬空白，國外目前為止也沒有這方面實質性的報道。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供使用激光加熱連接超長硬質合金的焊接方法，這種使用激光加熱連接超長硬質合金的焊接方法用于解決硬質合金與硬質合金焊接成為超長工件的問題。
[0006]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是:這種使用激光加熱連接超長硬質合金的焊接方法如下: 一、填充材料配制:
按質量分數(shù)選取200目合金粉末和20~30目化合物粉末作為填充金屬，合金粉末包括Cu粉末、Zn粉末、Ni粉末、Co粉末、Cr粉末、B粉末、Fe粉末、W粉末，化合物粉末為WC顆粒，以合金粉末和WC顆粒的總質量計，WC顆粒的質量分數(shù)為0.1% ~10% ;
二、填充材料合金化:
將球磨球、步驟一中稱取的WC顆粒和步驟一中稱取的合金粉末一起放入行星球磨機中，把填充材料粉與WC顆粒混合均勻，球磨球直徑為2~10mm，球料質量比為9:1~14:1，行星球磨機抽真空后充入氬氣，然后以轉速為50~400r/min間歇式球磨4~22h，球磨機每6~llmin轉換一次轉動方向，每球磨2~5h停歇0.6-1.1h ；
三、硬質合金加工:
硬質合金準備時，用線切割先將硬質合金焊接面切出約1~5°傾角的坡口，并打磨去除加工痕跡；
四、表面復合化:
將步驟三處理后的硬質合金焊接面經(jīng)用砂紙打磨、用丙酮清洗、干燥后，使用24目棕剛玉砂進行噴砂處理；接著進行噴涂，噴涂材料粉末形貌呈球形或近球形，粒徑范圍為44-105 μ m，噴涂工藝參數(shù)為:電壓30~60V，電流200~500A，氬氣流量30~45L/min，送粉量1-2.5kg/h，噴涂距離80~120mm，噴涂層厚度約200~900 ym ;噴涂后在保溫爐中進行熱處理，其中熱處理參數(shù)為:200~700°C保溫0.6~lh，空冷；
五、中間層制備:
采用砂紙對0.1-0.2mm厚的Ni片和Co片進行打磨，并清洗干燥后，按照Ni/Co/Ni的順序進行疊合組裝，形成三明治形式的中間層；
六、焊接過程:
將步驟四噴涂完的硬質合金進行裝夾，并將步驟五制備的中間層固定在兩個硬質合金中間，隨后進行激光加熱，其中填充材料要進行干燥，然后通過擺針刮吸式送粉器和四孔式同軸送粉噴嘴實現(xiàn)同軸送填充材料，激光焊接工藝為:激光功率為3~6kW，光斑直徑1-1.5mm，離焦量為l~8mm，焊接速率為10~25mm/s，保護氣體為氦氣，氣體流量為32L/min。
[0007]上述方案中合金粉末的組成為:以合金粉末和WC顆粒的總質量計，合金粉末由按質量分數(shù)為10%~60% Cu粉末、10%~40% Zn粉末、l%~70%Ni粉末、Co粉末、1% -10% Cr 粉末、0.1% -10% B 粉末、0.1% -10% Fe 粉末、1% ~20% W 粉末組成。
[0008]上述方案中噴涂材料由按質量分數(shù)為:15% ~20% Cr,3.0% ~4.5% B.3.5%-5.5% Si,0.5% -1.1% C、0.5% ~5.0% Fe、余量的 Ni 組成。
[0009]本發(fā)明具有以下有益效果:
一、本發(fā)明里中間層與填充材料配合使用可以顯著降低硬質合金與硬質合金焊接接頭的殘余應力，提高了焊縫強度，提高整體硬質合金構件的性能。
[0010]二、本發(fā)明制備的填充材料在球磨過程中WC增強相與釬料合金粉末可以充分均勻混合。
[0011]三、本發(fā)明在焊接時直接可以得到WC顆粒增強的復合焊縫，也可使接頭的殘余應力顯著下降。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明的示意圖。
[0013]圖中:1.硬質合金，2.噴涂層，3.填充材料，4.激光束，5.夾具。
【具體實施方式】
[0014]下面對本發(fā)明作進一步的說明:
實施例1:
這種使用激光加熱連接超長硬質合金的焊接方法如下:
一、填充材料配制:
按質量分數(shù)選取200目合金粉末和20目化合物粉末作為填充金屬，其合金粉末包括Cu粉末、Zn粉末、Ni粉末、Co粉末、Cr粉末、B粉末、Fe粉末、W粉末，化合物粉末為WC顆粒；按質量分數(shù)稱取10% Cu粉末、40% Zn粉末、10% Ni粉末、I % Co粉末、I % Cr粉末、7.9%B粉末、10% Fe粉末、20% W粉末，以及0.1% WC顆粒。
[0015]二、填充材料合金化:
將球磨球、步驟一中稱取的WC顆粒和步驟一中稱取的合金粉末一起放入行星球磨機中，把填充材料粉與WC顆?；旌暇鶆?，球磨球直徑為2_，球料質量比為9:1，行星球磨機抽真空后充入氬氣，然后以轉速為50r/min間歇式球磨4h，球磨機每6min轉換一次轉動方向，每球磨2h停歇0.6h ;本發(fā)明中球料質量比為步驟一中稱取的WC顆粒和步驟一中稱取的合金粉末二者的質量之和與球磨球質量的比值。
[0016]三、硬質合金加工:
硬質合金準備時，用線切割先將硬質合金焊接面切出約1~5°傾角的坡口，并打磨去除加工痕跡。
[0017]四、表面復合化:
將步驟三處理后的硬質合金焊接面經(jīng)用砂紙打磨、用丙酮清洗、干燥后，使用24目棕剛玉砂進行噴砂處理；接著進行噴涂，噴涂材料由按質量分數(shù)為:15% Cr,3.0% B,5.5%S1、0.8% C、0.7% Fe、余量的Ni組成，粉末形貌呈球形或近球形，粒徑范圍為44 μ m，噴涂工藝參數(shù)為:電壓30V，電流200A，氬氣流量30L/min，送粉量lkg/h，噴涂距離80mm，噴涂層厚度約200 μ m ;噴涂后在保溫爐中進行熱處理，其中熱處理參數(shù)為:200°C保溫0.6h，空冷。
[0018]五、中間層制備:
采用砂紙對0.1mm厚的Ni片和Co片進行打磨，并清洗干燥后，按照Ni/Co/Ni的順序進行疊合組裝，形成三明治形式的中間層。
[0019]六、焊接過程:
如圖1所示，將步驟四噴涂完的硬質合金進行裝夾，將兩個硬質合金噴涂后的噴涂層2相對應放置，用夾具5夾緊，并將步驟五制備的中間層固定在兩個硬質合金I中間，中間層為圖1中兩個噴涂層之間的白色區(qū)域，隨后進行激光加熱，其中填充材料要進行干燥，然后通過擺針刮吸式送粉器和四孔式同軸送粉噴嘴實現(xiàn)同軸送填充材料，激光束4穿過填充材料3進入到兩個硬質合金之間進行激光加熱，激光焊接工藝為:激光功率為3kW，光斑直徑1mm，離焦量為3mm，焊接速率為10mm/s，保護氣體為氦氣，氣體流量為32L/min。
[0020]實