在硬質合金長條薄壁件上焊接不鏽鋼筒形零件的工藝的製作方法

2023-05-09 23:35:56

在硬質合金長條薄壁件上焊接不鏽鋼筒形零件的工藝的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種在硬質合金長條薄壁件上焊接不鏽鋼筒形零件的工藝，包括：將經過預處理的硬質合金長條薄壁件放入淬火爐，隨爐升溫至400~450℃；將其迅速從爐中取出，把不鏽鋼筒形零件快速定位在待焊位置，用火焰加熱，使火焰的外焰圍繞不鏽鋼筒形零件周圍做圓周運動，並且火焰要適量偏向硬質合金長條薄壁件一側，當不鏽鋼筒形零件加熱溫度到650℃~800℃時，迅速用焊料粘焊劑溶進焊縫，保證在此溫度範圍焊接完畢，焊料覆滿焊縫後立即停火；停火後將焊接工件立即放入350~450℃爐中回火5~8小時。本發明解決了在硬質合金長條薄壁件上焊接不鏽鋼異種金屬的難題，避免了硬質合金產生裂紋、過燒、不熔合等缺陷。
【專利說明】在硬質合金長條薄壁件上焊接不鏽鋼筒形零件的工藝
[0001]

【技術領域】
[0002]本發明涉及一種焊接工藝，具體涉及一種在硬質合金長條薄壁件上焊接不鏽鋼筒形零件的工藝。

【背景技術】
[0003]在硬質合金長條薄壁件上焊接不鏽鋼筒形零件，如在煙機合金刀(捲菸廠生產用刀具)上焊接不鏽鋼內絲螺母，是整個煙機合金刀加工成成品的最後一步。該煙機合金一般為YL10.02硬質合金，刀片薄片長條狀，其中間和兩端各有一盲孔。把不鏽鋼圓柱螺母(如lCrl7不鏽鋼，螺母底部有1X45°的倒角)，安放到煙機合金刀的的盲孔內(盲孔深度只有Imm),即便是用手來安放好，把螺母安放直、位置正，都很有難度。最後把螺母用釺焊的焊接方法固定在合金刀上(成品如圖1所示)。在焊接時，由於氣焊火焰的吹力，和在加添焊料時手的不小心地抖動，都有可能使螺母偏移盲孔，造成焊件偏斜，成為廢品。
[0004]該項工藝涉及薄片長條硬質合金的釺焊和硬質合金與不鏽鋼異種金屬的焊接工藝。YL10.02硬質合金是細顆粒硬質合金，在釺焊焊接中最易產生裂紋，而對於長條薄壁件的YL10.02硬質合金的焊接，由於刀片受熱溫度不均勻，往往使合金刀片產生內應力，就更容易產生裂紋，合格率只有60%左右，成本浪費極大。同時對於YL10.2與ICr 17不鏽鋼異種金屬的焊接難度大，一直在溫度上不能控制焊，導致脫焊，而且鐵素體不鏽鋼在焊接時常會在其表面形成氧化層，給釺焊帶來許多困難。


【發明內容】

[0005]針對上述缺陷，本發明提供一種在硬質合金長條薄壁件上焊接不鏽鋼筒形零件的工藝，主要針對不鏽鋼(特別是lCrl7鐵素體不鏽鋼)筒形零件與硬質合金(特別是YL10.02硬質合金)長條薄壁件的焊接工藝進行改進，解決了在硬質合金刀片上焊接不鏽鋼異種金屬的難題，避免了硬質合金產生裂紋的缺陷。
[0006]本發明進一步提供一種焊接夾具，在焊接中能快速把不鏽鋼筒形零件安放裝配到位，裝配精度高。
[0007]經過大量研究發現，造成鐵素體不鏽鋼(尤其是lCrl7鐵素體不鏽鋼)與硬質合金(尤其是YL10.02硬質合金)長條薄壁件焊接困難和廢品容易產生的原因主要有五點:
(I)在合金刀片上焊接不鏽鋼屬於異種金屬的釺焊。硬質合金和不鏽鋼在加熱時的線膨脹係數差別很大，從1:2到1:3左右。當釺焊加熱時，硬質合金和不鏽鋼都自由膨脹，在焊後的冷卻收縮過程中，不鏽鋼件要比硬質合金的收縮量大些，由於焊縫已牢固的將硬質合金和不鏽鋼將焊在一起，不允許它們各自自由收縮，因而它們之間的收縮差除了依靠極薄的焊縫的塑性來抵消一小部分外，絕大部分為應力狀態存在著。這種應力在焊縫處成壓應力，在硬質合金上表面成拉應力。當拉應力大於硬質合金的抗拉強度時，就會在硬質合金的表面產生裂紋，甚至斷裂。
[0008](2)不鏽鋼特殊的釺焊性能的影響。不鏽鋼釺焊中主要問題是表面存在的氧化膜嚴重影響釺料的潤溼和擴散。因為不鏽鋼中含有許多的Cr，有的還有N1、T1、Mn、Mo等元素，它們在表面形成多種氧化物和複合氧化物，較難去除。
[0009](3)不鏽鋼和硬質合金的加熱狀態對焊接的影響。不鏽鋼的釺焊溫度不應高於900°C，否則晶粒會嚴重長大。同時又要避免在不鏽鋼的敏化溫度(450°C ?850°C)焊接停留的時間過長。除此之外，不鏽鋼在釺焊時還有應力開裂傾向。
[0010](4)硬質合金長條薄片在剛開始焊接加熱時，容易產生突然炸裂。在氧炔焰加熱釺焊時，如果用火焰的高溫區(火焰的核心區和還原區交界處的溫度為3000°C )直接燒硬質合金，使硬質合金表面局部升至高溫，就會產生裂紋。
[0011](5)在焊接時，不鏽鋼螺母平整的安放入盲孔調整時間太長。整個校正和安放過程都是在工件加熱焊接中進行的，導致焊件在高溫停留的時間過長，硬質合金刀體表面和不鏽鋼表面就會產生氧化、過燒、焊縫未溶合現象，甚至出現裂紋。
[0012]因此，在薄片長條硬質合金的釺焊中主要是控制裂紋和內應力，在不鏽鋼異種金屬的焊接時主要是在焊接時的溫度控制和焊接工藝。為了解決上述煙機合金刀焊接中遇到的這五大難題，經過反覆的實驗和嘗試，確定了一種可行的在硬質合金長條薄壁件上焊接不鏽鋼筒形零件的工藝，該工藝包括下述步驟:
(a)將經過預處理的硬質合金長條薄壁件放入淬火爐，隨爐升溫至400^450 V ；
(b)將硬質合金長條薄壁件迅速從爐中取出，把不鏽鋼筒形零件快速定位在硬質合金長條薄壁件的待焊位置，用火焰加熱，使火焰的外焰圍繞不鏽鋼筒形零件周圍做圓周運動，並且火焰要適量偏向硬質合金長條薄壁件一側，當不鏽鋼筒形零件加熱溫度到6500C 100°C時，迅速用焊料粘焊劑溶進焊縫，保證在此溫度範圍焊接完畢，焊料覆滿焊縫後立即停火；
(c)停火後將焊接工件立即放入35(T450°C爐中回火5?8小時。
[0013]作為改進，採用焊接夾具把不鏽鋼筒形零件快速定位在硬質合金長條薄壁件的待焊位置，所述焊接夾具包括夾具底座1、引杆2、校正杆4、彈簧10和壓力棒9 ;引杆2設置在夾具底座I上，引杆2沿軸向設有一通孔；校正杆4穿過引杆2的通孔，校正杆4沿軸向也設有一通孔，供不鏽鋼筒形零件穿過；在引杆2和校正杆4之間設有彈簧10，用於限制校正杆4在引杆2通孔內向下運動並使其回位；壓力棒9能夠穿過校正杆4的通孔，用於固定不鏽鋼筒形零件。
[0014]所述不鏽鋼筒形零件為鐵素體不鏽鋼螺母；所述硬質合金長條薄壁件為煙機合金刀。優選不鏽鋼螺母材料為ICr 17鐵素體不鏽鋼；煙機合金刀材料為YL10.02硬質合金，薄4?5mm,長 500?650mm。
[0015]所述預處理為去除硬質合金長條薄壁件待焊位置及其周圍、還有不鏽鋼筒形零件表面的氧化層和油脂。
[0016]所述步驟(a)隨爐升溫至400°C，升溫速度為8?10°C /分鐘。
[0017]所述步驟(b )加熱的火焰用中性火焰或輕微的碳化焰，火焰的外焰圍繞不鏽鋼筒形零件周圍做勻速圓周運動。
[0018]所述焊料為HLSn60Pb 或 BAg40CuZnCd，焊劑為 QJ102。
[0019]所述焊接夾具校正杆4頂部有一圈凸出部，彈簧10套在校正杆4外並連接在引杆2的頂部和校正杆4的凸出部之間；在校正杆4的底端設有校正嘴5，防止校正杆4在彈簧10作用下彈出引杆2。
[0020]所述焊接夾具還包括定位塊6，用於定位並固定焊接工件；所述焊接夾具引杆2的通孔與校正杆4直徑差彡0.02mm，校正杆4的通孔與不鏽鋼筒形零件直徑差彡0.1mm。
[0021]採用本發明工藝解決了在硬質合金長條薄壁件上焊接不鏽鋼異種金屬的難題，避免了硬質合金產生裂紋、過燒、不熔合等缺陷，避免了鐵素體不鏽鋼在焊接時在其表面形成氧化層。使用本發明的夾具，螺母安放速度快，裝配精度高，整個校正和安放過程只需要大約8秒鐘，一旦開始點火焊接，就不需要校正了，縮短了焊接時間，保證了焊接質量，減低了廢品率，使產品的合格率達到99 %。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是合金刀的盲孔裝配焊接螺母后的剖面圖。
[0023]圖2是本發明夾具製作裝配圖。
[0024]圖中:夾具底座1、引杆2、校正杆4、校正嘴5、定位塊6、煙機合金刀7、壓力棒9、彈簧10。

【具體實施方式】
[0025]本發明在硬質合金長條薄壁件上焊接不鏽鋼筒形零件的工藝，特別適合於在硬質合金煙機刀上焊接鐵素體不鏽鋼螺母。所述長條薄壁件一般薄4?5臟，長5(KT650mm。本發明工藝尤其適合於在YL10.02硬質合金煙機刀(薄4.1mm,長600mm)上焊接ICr 17鐵素體不鏽鋼螺母，下面以此為例進行詳細說明，具體工藝包括如下步驟:
(I)焊前工件的預處理。
[0026]對不鏽鋼螺母、煙機合金刀盲孔及其周圍20mm的範圍內進行噴砂處理，去除表面氧化層；然後用丙酮清洗，去除表面油脂；然後擦拭乾淨，立即進行第二步操作。
[0027]( 2 )焊前工件二次處理。
[0028]把待焊的煙機合金刀放入淬火爐內，隨爐一起緩慢升溫(升溫速度為8?1(TC /分鐘)至400 ^450 V (特別是400°C)，防止硬質合金裂紋的產生(不鏽鋼螺母不需要採用預熱措施)。
[0029]( 3 )釺焊操作和溫度控制。
[0030]把工件從爐內快速拿出，在工作檯上放平，然後使用本發明的螺母焊接夾具把螺母定好位後，開始用火焰加熱，加熱的火焰用中性火焰或輕微的碳化焰；點火後，用火焰的外焰加熱不鏽鋼螺母的周圍，火焰圍繞不鏽鋼螺母周圍做圓周勻速運動，使不鏽鋼螺母與硬質合金的焊縫周圍均勻受熱升溫。
[0031]由於不鏽鋼螺母的體積遠遠小於合金煙機刀，在同時加熱它們時，火焰要適量偏向硬質合金側，以免造成硬質合金刀加熱不夠而螺母加熱溫度過高，既有效的防止了不鏽鋼和合金刀的表面出現氧化層，又有利於之後添加焊料時焊料的快速擴散。預熱的同時也要把焊料預熱。
[0032]因為不鏽鋼螺母預熱的過程很快，當不鏽鋼螺母加熱溫度到650°C ?80(TC時，迅速用直徑Imm的焊料粘焊劑溶進焊縫，在焊縫處出現一條亮晶晶的液態焊料時，就是最理想的釺焊溫度。火焰仍然保持作圓周狀勻速加熱，保持焊縫表面溫度穩定；如果溫度過高，可以適當的拉長火焰，等焊料覆滿焊縫後，立即停火，10秒中後焊縫凝固後再松夾具。
[0033]焊接溫度控制很重要，不鏽鋼是釺焊焊接中最難焊接的材料之一，它是以鉻、鎳為主要合金元素。氣焊火焰的加熱溫度不同，不鏽鋼表面的狀態就不一樣，當加熱溫度為550°C飛00°C時，不鏽鋼的表面為暗紅色，在這個溫度範圍加熱的時間短，把不鏽鋼預熱。當加熱溫度為650°C ?800°C時，這個溫度是不鏽鋼釺焊的最好溫度，在焊劑的作用下，焊料的潤溼性達到最好(潤溼性是指焊料在焊劑和熱氣氛的條件下，加熱至釺焊溫度後，焊料在被焊金屬的表面張力)，潤溼性越好，焊料的漫流性和滲透性越好。在這個溫度間，要快速的在焊縫處灑上焊劑並把焊料補充到焊縫中。在這個溫度沒有焊接完畢的話，加熱溫度就會快速上升，不鏽鋼的表面呈現刺眼紅色，表面出現亮白色的小點，在焊接上方出現白煙，很快不鏽鋼表面像被披上了一層膜，這就說明不鏽鋼表面有氧化層了，焊料在不鏽鋼的表面不再有潤溼性，焊料就會形成珠狀在不鏽鋼表面滾來滾去，不能滲透到焊縫中，所以不能再進行釺焊焊接了，只能報廢，再換一件不鏽鋼螺母重新進行焊接。合金刀經過反覆的加熱和冷卻，也會出現氧化層，影響焊接質量，嚴重的會導致焊縫出現未溶合和裂紋。所以，不鏽鋼在6500C?800°C之間的熱狀態時，焊接要快。
[0034]要根據工件的高溫特性和焊接溫度來選擇焊料和焊劑。銀基釺料是釺焊不鏽鋼最常用的釺料。由於lCrl7不鏽鋼在65(T800°C時是釺焊的最好溫度，這個溫度的焊料易選用錫鉛焊料，並以含錫量高為宜，釺料含錫量越高，在不鏽鋼上的潤溼性就越好。其次，焊料不應含有低蒸發點的元素，以免在釺焊加熱時因焊料中的元素蒸發而影響焊接質量。根據這些條件來選擇焊料，焊料可以選擇HLSn60Pb或BAg40CuZnCd。焊劑的熔點要低於焊料熔點100°C以上，便於在釺焊加熱過程中使融化後的焊劑有充分的時間起到焊劑應有的作用，保證釺焊質量。其次，焊劑要有良好的潤溼性、流動性和較小的粘性。所以選擇使用流動能力好的焊劑，如QJ102等。
[0035](4)焊後的處理。
[0036]釺焊後立即放入35(T450°C爐中回火5?8小時。釺焊後的冷卻速度也是影響釺焊裂紋的主要因素，對於又薄又長的合金製品來說，在焊接後更加容易產生裂紋。通過採用中溫回火能消除焊接殘餘應力和改善焊縫的組織和性能，減少裂紋和延長硬質焊接刀具的使用壽命。
[0037]本發明還獨創了一種焊接夾具。如圖2所示，本發明的焊接夾具，包括夾具底座1、引杆2、校正杆4、彈簧10和壓力棒9，還可以包括定位塊6，用於定位並固定焊接工件。引杆2設置在夾具底座I上，例如用TIG焊焊接成一體。引杆2軸線與夾具底座I的底面垂直。引杆2沿軸向設有一通孔，通孔經過內孔磨削加工，精度為Φ14±0.02πιπι。校正杆4的外徑磨削精加工，精度為Φ 14.0mm。校正杆4穿過引杆2的通孔，配合緊密。校正杆4沿軸向也設有一通孔，供不鏽鋼螺母穿過，通孔經過內孔磨削加工的精度為Φ8.1_。校正杆4頂部有一圈凸出部(並設有一把柄)，彈簧10套在校正杆4外並連接在引杆2的頂部和校正杆4的凸出部之間，校正杆4在M的作用下往下移動，在彈簧10的作用下可以回位。在校正杆4的底端用TIG焊焊接一個錐形校正嘴5，防止校正杆4在彈簧10作用下彈出引杆
2。壓力棒9能夠穿過校正杆4的通孔，用於固定螺母。
[0038]本發明的夾具使用方法為:
a.調整夾具的角度:先把夾具安放在平整的工作檯上，調整引杆2與地面的角度，保證引杆2的中心線3與工作檯垂直，然後固定好夾具。
[0039]b.調整定位塊6的位置:把煙機刀放置在引杆2下方，把校正杆4往下移動，對準煙機刀的盲孔(內徑為8mm)，然後把不鏽鋼帶內絲的圓柱螺母(直徑為8mm)從校正杆4的通孔落下，能對準盲孔即可，反覆2、3次調整後，如果螺母都能自如的推入盲孔，就可以把定位塊6靠著煙機刀固定了，定位塊固定好煙機刀的X軸和Y軸。
[0040]c.焊接:把要焊接的工件靠著定位塊6放下；用手抓住校正杆4的把柄，把校正杆4往下壓，接近工件的盲孔時，把預先準備好的焊料粉投入直徑為8.1mm的孔中，焊料粉會順著孔道滑到盲孔上；再把螺母也投入8.1mm的孔中，它會快速的找準盲孔；然後用壓力棒9也從直徑為8.1mm的孔中放入，用手輕輕的壓住壓力棒9，這就使得螺母牢牢的固定在盲孔內，之後立刻放鬆校正杆4，校正杆4在彈簧10的作用下彈回原位，避免在高溫焊接中產生變形，只有壓力棒9牢牢的把螺母壓在盲孔內；最後在螺母周圍撒些焊劑，把不鏽鋼螺母用釺焊的焊接方法固定在合金刀上。
【權利要求】
1.一種在硬質合金長條薄壁件上焊接不鏽鋼筒形零件的工藝，其特徵在於該工藝包括下述步驟: (a)將經過預處理的硬質合金長條薄壁件放入淬火爐，隨爐升溫至400^450 °C ； (b)將硬質合金長條薄壁件迅速從爐中取出，把不鏽鋼筒形零件快速定位在硬質合金長條薄壁件的待焊位置，用火焰加熱，使火焰的外焰圍繞不鏽鋼筒形零件周圍做圓周運動，並且火焰要適量偏向硬質合金長條薄壁件一側，當不鏽鋼筒形零件加熱溫度到6500C?80(TC時，迅速用焊料粘焊劑溶進焊縫，保證在此溫度範圍焊接完畢，焊料覆滿焊縫後立即停火； (c)停火後將焊接工件立即放入35(T450°C爐中回火5?8小時。
2.根據權利要求1所述的在硬質合金長條薄壁件上焊接不鏽鋼筒形零件的工藝，其特徵在於採用焊接夾具把不鏽鋼筒形零件快速定位在硬質合金長條薄壁件的待焊位置，所述焊接夾具包括夾具底座(I)、引杆(2)、校正杆(4)、彈簧(10)和壓力棒(9);引杆(2)設置在夾具底座(I)上，引杆(2)沿軸向設有一通孔；校正杆(4)穿過引杆(2)的通孔，校正杆(4)沿軸向也設有一通孔，供不鏽鋼筒形零件穿過；在引杆(2)和校正杆(4)之間設有彈簧(10)，用於限制校正杆(4)在引杆(2)通孔內向下運動並使其回位；壓力棒(9)能夠穿過校正杆(4)的通孔，用於固定不鏽鋼筒形零件。
3.根據權利要求1所述的在硬質合金長條薄壁件上焊接不鏽鋼筒形零件的工藝，其特徵在於所述不鏽鋼筒形零件為鐵素體不鏽鋼螺母；所述硬質合金長條薄壁件為煙機合金刀。
4.根據權利要求3所述的在硬質合金長條薄壁件上焊接不鏽鋼筒形零件的工藝，其特徵在於不鏽鋼螺母材料為lCrl7鐵素體不鏽鋼；煙機合金刀材料為YL10.02硬質合金，薄4?5mm,長 500?650mm。
5.根據權利要求f4之一所述的在硬質合金長條薄壁件上焊接不鏽鋼筒形零件的工藝，其特徵在於所述預處理為去除硬質合金長條薄壁件待焊位置及其周圍、還有不鏽鋼筒形零件表面的氧化層和油脂。
6.根據權利要求廣4之一所述的在硬質合金長條薄壁件上焊接不鏽鋼筒形零件的工藝，其特徵在於步驟(a)隨爐升溫至400°C，升溫速度為8?10°C /分鐘。
7.根據權利要求6所述的在硬質合金長條薄壁件上焊接不鏽鋼筒形零件的工藝，其特徵在於步驟(b)加熱的火焰用中性火焰或輕微的碳化焰，火焰的外焰圍繞不鏽鋼筒形零件周圍做勻速圓周運動。
8.根據權利要求7所述的在硬質合金長條薄壁件上焊接不鏽鋼筒形零件的工藝，其特徵在於焊料為HLSn60Pb或BAg40CuZnCd，焊劑為QJ102。
9.根據權利要求f4之一所述的在硬質合金長條薄壁件上焊接不鏽鋼筒形零件的工藝，其特徵在於所述焊接夾具校正杆(4)頂部有一圈凸出部，彈簧(10)套在校正杆(4)外並連接在引杆(2)的頂部和校正杆(4)的凸出部之間；在校正杆(4)的底端設有校正嘴(5)，防止校正杆(4)在彈簧(10)作用下彈出引杆(2)。
10.根據權利要求9所述的在硬質合金長條薄壁件上焊接不鏽鋼筒形零件的工藝，其特徵在於所述焊接夾具還包括定位塊(6)，用於定位並固定焊接工件；所述焊接夾具引杆(2)的通孔與校正杆(4)直徑差彡0.02mm，校正杆(4)的通孔與不鏽鋼筒形零件直徑差



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【文檔編號】B23K1/19GK104439592SQ201410612089
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月5日 優先權日:2014年11月5日
【發明者】馬亞, 吳軍 申請人:株洲硬質合金集團有限公司