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摘要:钎焊是采用比母材熔点低的金属材料作为钎料,将焊件和钎料加热到于钎料熔点而低于母材熔点的温度,利用熔化呈液态的钎料润湿母材,填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接的一种方法。本文针对钎焊质量对镐形截齿硬质合金头脱落失效的影响进行了分析。
关键词:钎焊;镐形截齿;失效
引言
镐形截齿在截割煤岩时经常由于硬质合金头脱落而失效,直接影响煤矿生产效率和经济效益。经煤矿现场使用调查统计表明,由硬质合金头脱落引起的截齿早期失效占总失效形式的15%~30%。其主要原因是在截齿钎焊过程中受多种因素的影响,使焊缝存在虚焊、混入杂质和产生裂纹等缺陷,导致钎焊质量下降,造成硬质合金头过早脱落而失效。分析钎焊质量对镐形截齿硬质合金头脱落失效的影响因素,寻找提高钎焊质量的技术途径,对截齿生产工艺研究和过程控制尤为重要。
1.截齿钎焊
钎焊技术由于其相比熔焊和压力焊有许多优点,在镐形截齿生产中得到广泛使用。截齿由齿体和硬质合金刀头组成,如图1所示。截齿钎焊就是在钎焊时,先选用一种比截齿齿体和硬质合金头材料熔点都低的某金属作为钎焊材料,加热到一定温度将其熔化成液态钎料,然后将其用于填充齿体和硬质合金头之间的间隙,并在间隙间进行扩散,最终形成牢固连接的截齿。
截齿截面 (b)截面示意图
图1镐形截齿
硬质合金头 2.焊缝 3.钎料 4.齿体
截齿的钎焊:①要钎料填满焊缝,即钎焊时,钎料在加热熔化以后较好地填满焊缝间隙;②要钎料与截齿齿体及硬质合金头发生良好的化学作用,即熔化后的液态钎料与截齿齿体及硬质合金头表面相互作用。钎焊过程:先进行加热,随着温度的升高,钎料逐渐熔化成液态,开始流动并填充焊缝,钎料排除钎剂残渣并填满截齿焊缝间隙,同时熔化的液态钎料与截齿齿体及硬质合金头之间发生相互作用,当钎料全部填满焊缝间隙,再经过一定时间保温让其充分作用后,最后逐渐冷却、凝固,牢固连接。
2.钎焊工艺类型
钎焊工艺有硬钎焊和软钎焊之分,它们主要以钎料熔点温度来分类;还可按照钎料类型来分,可分为铜钎焊、镍钎焊、磷铜钎焊、银钎焊、金钎焊等,由于其作用和价格不同,在实际中选择便不同;按照钎焊时工艺不同可分为高频钎焊截齿钎焊、中频钎焊截齿钎焊和火焰钎焊截齿钎焊等几种,其中火焰钎焊工艺目前不再使用,是早期截齿生产中的一种方法,工人劳动强度大,生产环节恶劣,产品的质量也得不到保证。中频钎焊工艺技术加热过程全程采用自动化设备,工艺过程和精度得到很好控制,可明显降低钎焊时的缺陷,在当前的截齿生产中被广泛应用且效果良好,是一种较为理想的加热方法,其工艺特点:
(1)加热的速度快,脱碳较少,氧化皮少;
(2)加热温度比较均匀,便于控制,满足了截齿精锻要求;
(3)自动控制加热温度及加热时间;
(4)钎焊模具使用寿命较长;
(5)工作环境好,污染很小;
(6)所用的面积不大;
(7)降低了材料锻造的成本;
(8)加热自动化程度高,钎焊的效率高,总效率
可达 60%~70%;
(9)电源可随时启停,升温时间短,能源浪费少。
3.影响因素和改进措施
钎焊质量与钎焊过程中的很多因素有关,如工序不完整,钎焊材料选择不当,焊接接头焊缝的间隙过大或过小,钎焊工艺控制不合理等,就会造成钎焊部位存在夹砂、微裂纹等焊接缺陷,造成钎料不能很好地润湿及铺展,或者会在钎焊层处的某些部位产生虚焊,从而造成钎焊层材料力学性能下降,使得钎焊层质量大幅降低,导致硬质合金刀头的松动,使其过早脱落。几种常见影响因素和改进措施:
(1)钎焊前准备工作 焊前必须进行表面处理工序,否则会造成焊缝焊接强度低、焊缝充盈度不够、气孔夹渣等缺陷。常用的方法是:对硬质合金头进行磨片或喷砂,去除表面疏松的氧化层表皮和油污,然后通过研磨抛光进行钝化处理,用水清洗,再在硼砂溶液中煮沸,烘干;齿孔用盐酸溶液或其他酸溶液进行清洗用丙酮擦干。
(2)钎料选择 钎料的选择是影响钎焊质量的关键,钎料要很好地同时保证强度、塑性、润湿性、耐热性和相互扩散能力。钎焊接头要保证焊接质量,处于液体状态的焊接钎料需要非常致密地填满焊接接头钎焊层,钎料还要和焊接基体互相发生化学作用。
(3)焊缝间隙。钎焊层厚度偏大或偏小都会影响焊接接头应力应变,降低钎焊接头的焊接质量,影响截齿的使用和失效。所以在钎焊过程中,要设定与焊料相适应的焊缝间隙,提高焊缝充盈度,防止出现虚焊等缺陷。通过研究和实验表明,硬质合金头与截齿合金钢齿体间的钎焊层厚度在 0.075~0.15mm时,其应力应变符合采掘机械用截齿的优质级别要求。
(4)温度控制。钎焊时应控制温度及加热和冷却的速度,如果控制不好,容易造成截齿焊缝虚焊和一些裂纹,钎缝内部由于钎料流动不足可能会存在气眼和夹焊等缺陷,接头强度便会大大降低。当保温时间增加时,会促进钎料与基体相互之间元素扩散作用,有利于它们的连接,保温时间也不宜过长,不然钎料中容易挥发的元素挥发严重,严重者会引起钎焊层的变脆,使焊接接头的焊接强度降低;以600℃/h(室温800℃)和650℃/h(800℃~1080℃)的速率,获得的接头性能较好。
结语
采煤机截齿硬质合金头通过钎焊镶嵌在齿尖处,钎焊质量对截齿的失效有重要影响,截齿制造时要充分保证钎焊的质量。为提高截齿寿命,本文对截齿钎焊工艺及影响因素作了分析研究,总结和寻找一些解决问题的措施或注意事项:
(1)钎焊工艺过程首先要保证钎料填满焊缝,其次要钎料与截齿齿体及硬质合金头发生良好的化学作用;
(2)钎焊前须进行表面处理工序,保证焊缝的厚度和均匀程度,彻底除去其表面油污,改善它们的润湿性,并保证焊接零件较高的精度和较低的表面粗糙度值;
(3)选择好钎料,保证钎料的强度、塑性、润湿性、耐热性和相互扩散能力,目前经常使用的黄铜钎料或铜基钎料具有保护作用良好,钎焊质量稳定的性能优势,是较为理想的钎料选择;
(4)选择恰当的焊缝间隙,通过研究和实验,硬质合金头与截齿合金钢齿体间的钎焊层厚度在0.075~0.15mm时,其应力应变符合采掘机械用截齿的优质级别要求;
(5)钎焊过程中要控制温度及加热和冷却的速度。
参考文献:
[1]刘金娃,贾永军,薛河,吴革新.镐形截齿失效原因分析及改进措施[J].煤矿机械,2018,39(08):166-167.
论文作者:田华1,管运涛2
论文发表刊物:《基层建设》2019年第5期
论文发表时间:2019/5/14
标签:钎焊论文; 硬质合金论文; 间隙论文; 质量论文; 工艺论文; 熔点论文; 温度论文; 《基层建设》2019年第5期论文;