焊接刀具产生裂纹的原因及防止办法

YANGONG1

各种牌号的硬质合金其强度越高，在钎焊过程中发生裂纹的可能性越小。在实际生产过程中，用于精加工或超精加工的高硬度、高耐磨性合金刀片(如YD15、YG3X、YN10等)在钎焊时容易产生裂纹。我公司负责焊接刀的生产及质量管理，焊接刀产生裂纹是影响焊接刀质量的主要问题之一。本文阐述了焊接刀产生裂纹的原因及防止办法，从多角度进行了详细地分析，有效地解决了长期困扰焊接刀生产的问题。
1 焊接刀裂纹形成的机理及类型
1) 加热对硬质合金形成裂纹的影响
硬质合金刀片与钢(刀杆)的热膨胀系数相差较大，而且合金的导热性能也较刀体材料差，若在焊接时快速加热会产生很大内应力，促使刀片在焊接层处热应力过大导致刀片崩裂。
因此焊接温度控制在约大于焊料溶点30～50℃。选用的焊料其熔点应低于刀杆熔点60℃，焊接时火焰应由下向上均匀加热慢慢预热进行焊接，因此要求刀槽与刀片焊接面形成一致。局部过热会使刀片本身或刀片与刀杆的温差较大(大与厚的刀片更为严重)，热应力将使刀片刃口崩裂。所以要求预热时先对刀杆预热，若刀片与刀杆一起加热应前后左右往返移动火焰进行加热，这样可避免热量集中造成局部过热而产生裂纹。
2) 刀槽形状对裂纹形成的影响
刀槽的形状与刀杆焊接面不一致或相差较大，形成封闭式或半封闭式的槽形，易造成焊接面过多和焊层过大，由于热膨胀之后收缩率不一致，也易在刀片焊接处造成应力过大，形成崩裂。在满足使用所需要的焊缝强度要求下，尽可能减少钎焊面的面积。
3) 冷却对硬质合金形成裂纹的影响
焊接中或焊接后进行冷却或急速冷却以及焊剂脱水不良，都会使刀片产生爆裂而裂纹贯通。因此要求焊料有良好的脱水性。焊后绝对不能放在水中急速冷却，要放在石灰、石棉粉、砂子等中缓慢冷却。最好缓冷后在300℃左右保温6小时以上随炉冷却。
4) 刀槽底面有缺陷对裂纹形成的影响
刀片和刀槽的接触面不平整，如有黑皮麻坑、局部不平等原因，使焊接不能形成平面结合，造成焊料分布不匀，这样不但影响焊缝强度而且引起应力集中，导致刀片断裂，因此，刀片要研磨接触面，对刀片刀槽的焊接面应清洗干净。
在铣刀片槽与刀片配合过程中，要求刀片伸出刀杆支承部分不大于0.5mm，如果刀片伸出刀杆支承部分过大或刀杆支承部分较弱，就会使刀具在焊接过程中承受拉力而产生断裂现象。
5) 刀片二次加热对裂纹形成的影响
刀片在钎焊后，紫铜钎料没有完全填满缝隙，个别出现虚焊，有的刀具在出炉过程中，刀片在刀杆上掉下来，因此需二次加热，这样一来，粘结剂Co严重烧损，WC晶粒长大，有可能直接导致刀片裂纹。
2 焊接应力引起裂纹的特征
硬质合金刀片上出现裂纹，在某种情况下是由于焊接应力过高，超过了硬质合金刀片的强度而产生的。在焊接刀具时，刀体的高度hc应大于刀片高度ht3倍。如hc/ht，在焊接后，容易引起合金刀片断裂；若hc/ht<3，硬质合金表层产生拉应力，也容易出现裂纹；当hc/ht=4～5时，硬质合金表层无显著应力，故不易产生裂纹，即使有裂纹也不明显；在hc/ht<8时，在焊接层上就产生均布载荷。而合金刀片弯曲沿合金刀片厚度方向产生拉应力，在焊接层的强度超过合金本身的力分布就更为复杂，因为不是在一个面上接合，而在两个、三个或四个面上结合。此外，硬质合金迅速加热和快速冷却时，由于热量分布不均，都可能产生显著的瞬时应力。在快速加热时，硬质合金外层受压应力，中间则受拉应力。超过允许的加热速度时，就可能出现裂纹或内部的不可见裂纹。硬质合金焊接时，快速冷却也是很危险的，在这种情况下，外层上会出现拉应力，而引起合金出现裂纹。
(a)快速加热产生的裂纹 (b)快速冷却产生的裂纹