硬質合金根據Co含量的不同,劃分為不同的牌號,YG18是一種含鉆量較高的燒結硬質合金。鉆含量的提高使其相對于低含鉆量的硬質合金而言,一方面在治金性能上表現出更多的金屬性,另一方面,其焊接性能也獲得了一定程度的改善.
在工業中常常要求將不同牌號的硬質合金結合在一起,如在石油勘探中,鉆頭就是由YG18硬質合金為基體,釬焊多個YG8硬質合金刀頭而成。由于新型鉆頭的硬質合金刀頭切削端表層含有一層聚晶金剛石材料,焊接過程不允許刀頭過熱造成聚晶金剛石材料的破壞。而目前釬焊采用的加熱方式功率密度較低,難以保證在滿足上述條件的同時獲得具有足夠結合強度的焊縫。高功率工業激光器的聚焦激光束提供了*的功率密度及局部快速加熱、冷卻的條件,有利于實現特殊材料之間的焊接。因此采用激光對不同牌號、不同成分的硬質合金進行焊接實驗,并了解它們的焊接性能就具有重要的意義。
以前對含鉆較低的YG8硬質合金的激光焊接,以銅為填充材料,采用激光熱導焊模式,獲得了很好的激光釬焊接頭。在此基礎上,本文采用激光作為焊接熱源,以銅為填充材料,對YG18硬質合金進行激光焊接實驗。
實驗條件實驗采用3kW快速軸流CO2激光器(光束模式為TEM00+TEM01)和CNC數控機床。選用厚度為17mm的YG18硬質合金為母材,紫銅為填充材料,焊接過程中使用夾具將焊接試樣固定在保護腔內,采用Ar氣作為保護氣體。
在焊接實驗之后,使用CSM-950掃描電鏡(配TN5402能譜儀),進行硬質合金的釬焊接頭形貌的分析。
實驗結果討論硬質合金與填充材料Cu之間的熔點相差很大,在實驗中可以控制工藝參數,一方面使得銅在瞬時內充分熔化,以浸潤硬質合金,另一方面,將硬質合金基體加熱到較高的溫度區間,使其能夠更好地被填充材料所潤濕,形成理想的釬焊接頭。
在激光熱導焊過程中,在整個釬焊區域中形成了良好、均一的釬焊縫。在釬料Cu熔化的同時,焊縫兩側硬質合金也發生了粘結劑Co的局部熔化,但硬質合金中的WC并沒有分解為W及C單質,僅發生WC顆粒邊界和尖角的局部溶解和向釬料Cu中的短距離位移,并嵌鑲在Cu層之中;同時Co,Cu也發生一定程度的擴散,但擴散距離很短。這是由于釬焊縫的形成時間很短,釬料與母材沒有來得及進行充分的擴散,釬焊過程就終止了。
在激光深熔焊過程中,激光功率密度很高,在激光直接作用的區域,硬質合金迅速熔化,并與Cu發生劇烈的熔合作用。由于YG18硬質合金本身的C。含量很高,因而在熔化后,甚至在WC顆粒聚集長大之后,在Cu和Co的粘結作用下,仍可以形成牢固的結合,并沒有產生YG8硬質合金熔化后所出現的貫穿裂紋、氣孔等嚴重缺陷。在小孔焊區域的下部,硬質合金沒有達到熔化的溫度,而形成了與熱導焊相似的釬焊縫,在釬焊縫兩側也有與熱導焊相似的擴散現象發生。
結論
1.利用激光進行YG18硬質合金的銅釬焊,能夠形成很好的釬接接頭,在釬焊縫兩側有擴散現象發生。
2.在熱導焊模式下,可以獲得較為均一的釬焊接頭。
3.在深熔焊模式下,硬質合金的局部熔化不會產生嚴重的缺陷,硬質合金可以與Cu很好地熔合在一起,在焊縫下部,形成與熱導焊模式下相似的釬焊縫。
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