PCD高频焊接技术研究

发布时间: 2020-06-09 发布者: 富耐克应用研究中心

PCD刀具的焊接技术对于其使用具有至关重要的作用。高频焊是指利用电磁感应原理,使电磁能在钎料和工件中转化为热能,将钎料加热到熔融状态,然后将工件焊接在一起的焊接方法。高频焊的优点是能快速加热,可以保证工件的尺寸精度,设备投资少,钎焊工艺易掌握。

PCD刀具焊接过程中的注意事项如下:

1.热稳定性

PCD在大气压下是亚稳态,PCD刀具的临界钎焊温度约为750˚C,在此温度下金刚石被钴反催化成石墨的速率会很高。实验数据表明确切的临界钎焊温度取决于PCD的种类,一般情况下,临界钎焊温度随着金刚石粒度的降低而降低。

2.热膨胀系数

PCD的料层是脆性材料,料层材料和刀体材料的热膨胀系数相差过大时会产生内应力并可能导致钎焊缺陷的产生。

材料

初始直径/mm

730℃下的直径/mm

PCD

10

10.00317

WC-6%Co

10

10.00425

WC-12%Co

10

10.00477

不锈钢17-4PH

10

10.00788

不锈钢

10

10.01256

不锈钢

10

10.01299

3.刀槽设计

如果刀头要悬出刀体,则建议悬出的长度<100μm,避免刀头在焊接的过程中产生裂纹。

4.焊接面积

对于钎焊刀具,建议焊接面积(单位为mm²)>100*f*ap,以保障刀片承受切削负载。

5.焊料

高频焊接PCD刀具时温度不宜超过720℃,以避免金刚石层石墨化,致使金刚石层受到热损伤,进而影响PCD刀具的表面质量,降低使用寿命。所以,建议焊接PCD刀具时一般都选用低温Ag基钎料,熔化温度约为680-705℃,工作温度约为690℃,剪切强度为250-300MPa。

6.助焊剂

助焊剂可以去除硬质合金表面的氧化物并防止其在加热过程中氧化,有助于焊料更好的浸润。建议助焊剂的工作温度应该和焊料相似,助焊剂的初始工作温度低于焊料的初始工作温度,例如焊料的熔点680-705℃,助焊剂的工作温度650-750℃。

7.钎焊保温时间

即使在相对不高的钎焊温度下保持较长的恒温时间,金刚石层也会受到比较严重的热损伤。随着钎焊恒温时间的增加,金刚石表面的钴及其氧化物逐渐增多,恒温时间延长至60s时,金刚石晶粒上会出现因氧化而产生的皱纹和黑斑,金刚石层的热损伤加剧。热损伤会影响金刚石层的表面平整性,增大刀具前刀面的摩擦因数,进而降低刀具的使用寿命并影响被加工工件的表面质量。所以在保证钎焊强度的同时,PCD刀具的高频感应钎焊过程应采用较短的恒温时间以保证PCD刀具的性能。

8.界面光洁度

界面的光洁程度对钎料浸润性影响很大,钎料在界面润湿性的排序为:抛光面>磨削面>细喷砂面>粗喷砂面。因为焊接表面粗糙度越小,钎料的流动阻力越小,铺展会更充分,润湿母材效果更好。

综上所述,PCD高频焊接质量的主要影响因素有焊料种类、钎焊温度、钎焊保温工艺等,在实际应用过程中,需要根据不同PCD牌号进行焊接工艺的确定,以获得高质量焊接刀具。

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