[发明专利]一种硬质合金与合金钢的钎焊/扩散焊复合焊接方法

说明书

技术领域

本发明属于金属焊接技术领域，具体涉及一种硬质合金与合金钢的钎焊/扩散焊复合焊接方法。

背景技术

硬质合金在切削刀具和采煤机截齿的使用都是将硬质合金作为刀刃或齿头，以钢材为主的强韧综合性能良好的材料作为刀杆或齿座。这样的设计，一方面因为硬质合金十分昂贵，支撑体钢材价格低廉，可以大大减少产品成本。另一方面，硬而脆的硬质合金与强韧性良好的钢材相结合，可以获得良好的综合机械性能，提高产品质量。

针对切削刀具和截齿的失效分析得知：如果焊接质量不好、工艺不当，使用时刀片或截齿就会脱落或破碎。经反复试验分析得知，刀片在使用过程中脱落，是由于刀片或截齿与刀杆施焊前未清理干净，氧化夹杂，钎料润湿性、力学性能较差或钎焊温度不合适，导致钎焊接头结合不好所致。刀片或截齿破碎的主要原因是刀片或截齿的膨胀系数比基座的低很多，所以在钎焊过程中会产生很大的残余应力，钎焊过程中加热冷却速度太快造成刀片或截齿很容易产生微裂纹，从而影响刀片的使用性能，使刀片在使用过程中容易发生崩刃破碎。硬质合金本身的低韧性、低导热性等物理机械性能的影响，如焊接过程中在膨胀系数大的刀体中产生压应力，膨胀系数小的硬质合金刀片中产生拉应力；焊接时的刀片和刀体同时快速加热，急速冷却或局部过热而形成较大的温差致使参残余应力的产生。

因此，如何避免产生焊接裂纹就成为刀具或截齿焊接过程中必须解决的关键问题。因此，为防止焊接裂纹和脱焊现象，研究硬质合金刀具焊接时的焊接应力、焊料浸润性、焊接工艺规范等是非常必要的。真空炉焊接避免了传统感应钎焊或火焰钎焊的受热不均匀、氧化严重等弊病，可发挥其焊接热处理一体化生产的特点，但由于真空钎焊强度偏低，真空扩散焊接残余应力过大，接头容易破坏等失效现象仍极其严重，由此而引发的设备故障、停工停产，造成的经济损失不可估量。为此，本发明采取两者结合优势互补的折中方案，即将42CrMo合金钢与YG8硬质合金真空钎后扩散焊接，提高硬质合金与合金钢的钎焊接头强度，进而延长切削刀具和采煤机截齿的使用寿命，对煤矿、机械等领域高产、高效和安全生产具有十分重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种硬质合金与合金钢的钎焊/扩散焊复合焊接方法。该方法在目前工艺相对稳定的真空钎焊和真空扩散焊的基础上进行优化和改进，制定了YG8硬质合金与42CrMo合金钢的钎焊/扩散焊复合焊接方法；该方法能够在普通的真空钎焊炉中即可获得YG8硬质合金和42CrMo合金钢的异种材料焊接接头，该焊接接头的焊接强度比传统的钎焊结合强度高，残余应力比传统的扩散焊接应力小，焊接接头平整美观，表面光滑致密，并且在焊接过程中焊件不易氧化，变形量小，使用寿命显著提高，是截齿和切削刀具领域实现异种材料焊接的理想焊接工艺。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种硬质合金与合金钢的钎焊/扩散焊复合焊接方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将YG8硬质合金条和42CrMo合金钢条均依次进行打磨、碱洗和酸洗处理；然后将酸洗处理后的YG8硬质合金条置于盛装有镍基电镀液的镀槽中，以镍条为阳极，以YG8硬质合金条为阴极，在温度为30℃～60℃，电流密度为3A/dm²～9A/dm²的条件下电镀30min～120min，在YG8硬质合金条的表面得到厚度为10μm～90μm的镍镀层；

步骤二、将步骤一中表面镀有镍镀层的YG8硬质合金条的待焊端与经酸洗处理后的42CrMo合金钢条的待焊端进行搭接，并在搭接区域铺设铜基钎料箔带，得到整体工件；所述铜基钎料箔带为熔化温度为880℃～909℃的BCu58ZnMn型铜基钎料箔带、熔化温度为890℃～930℃的BCu57ZnMnCo型铜基钎料箔带、熔化温度为921℃～935℃的BCu48ZnNi-R型铜基钎料箔带或熔化温度为945℃～980℃的BCu74MnAlFeNi型铜基钎料箔带；

步骤三、将步骤二中所述整体工件放入真空钎焊炉中，在真空度不大于1×10^-2Pa的条件下将YG8硬质合金条和42CrMo合金钢条进行钎焊/扩散焊复合焊接，具体过程为：

步骤301、将所述整体工件以5℃/min～20℃/min的升温速率升至温度为200℃～400℃后保温0.5h～3.5h进行预热处理；