專利名稱：硬質合金和低合金高強度鋼的釬焊方法
技術領域：
本發明涉及一種針對高強度鋼基的釬焊方法，特別是一種硬質合金和低合金高強度鋼的釬焊方法。
背景技術：
焊接技術主要應用在金屬母材上，金屬焊接方法有40種以上，主要分為熔焊、壓焊和釬焊三大類。常用的焊接方法有電弧焊、氬弧焊、CO2保護焊、氧氣-乙炔焊、激光焊接及電渣壓力焊等多種。
熔焊是在焊接過程中將工件接口加熱至熔化狀態，不加壓力完成焊接的方法。熔焊時，熱源將待焊兩工件接口處迅速加熱熔化，形成熔池。熔池隨熱源向前移動，冷卻后形成連續焊縫而將兩工件連接成為一體。在熔焊過程中，如果大氣與高溫的熔池直接接觸，大氣中的氧就會氧化金屬和各種合金元素。大氣中的氮、水蒸汽等進入熔池，還會在隨后冷卻過程中在焊縫中形成氣孔、夾渣、裂紋等缺陷，惡化焊縫的質量和性能。壓焊是在加壓條件下，使兩工件在固態下實現原子間結合，又稱固態焊接。常用的壓焊工藝是電阻對焊，當電流通過兩工件的連接端時，該處因電阻很大而溫度上升，當加熱至塑性狀態時，在軸向壓力作用下連接成為一體。各種壓焊方法的共同特點是在焊接過程中施加壓力而不加填充材料。多數壓焊方法如擴散焊、高頻焊、冷壓焊等都沒有熔化過程，因而沒有象熔焊那樣的有益合金元素燒損，和有害元素侵入焊縫的問題，從而簡化了焊接過程，也改善了焊接安全衛生條件。同時由于加熱溫度比熔焊低、加熱時間短，因而熱影響區小。許多難以用熔化焊焊接的材料，往往可以用壓焊焊成與母材同等強度的優質接頭。釬焊是使用比工件熔點低的金屬材料作釬料，將工件和釬料加熱到高于釬料熔點、低于工件熔點的溫度，利用液態釬料潤濕工件，填充接口間隙并與工件實現原子間的相互擴散，從而實現焊接的方法。焊接時形成的連接兩個被連接體的接縫稱為焊縫。焊縫的兩側在焊接時會受到焊接熱作用，而發生組織和性能變化，這一區域被稱為熱影響區。焊接時因工件材料焊接材料、焊接電流等不同，焊后在焊縫和熱影響區可能產生過熱、脆化、淬硬或軟化現象，也使焊件性能下降，惡化焊接性。這就需要調整焊接條件，焊前對焊件接口處預熱、焊時保溫和焊后熱處理可以改善焊件的焊接質量。

發明內容
技術問題本發明的目的是要提供一種硬質合金和低合金高強度鋼的釬焊方法，解決在低合金高強度鋼表面焊接硬質合金，以改善低合金高強度鋼的表面的力學性能的問題。技術方案本發明的目的是這樣實現的該釬焊方法的具體步驟如下
a.采用粉末冶金方法獲得硬質合金成品，硬質合金成分及各成分的重量百分比為WC80. 0% 82. 0%、Col6. 0% 18· 0%、Nil. 20%"1. 50%、CrO. 20% 0· 30%、NbO. 10% 0· 20% ;將配好硬質合金粉末的成分，采用濕式球磨方法，介質為酒精，設置滾筒轉速為30rpm，濕磨時間為12h ;球磨過后，混合料采用200°C下噴霧干燥，并通過過篩工序，除去漿料干燥時可能帶入的氧化料結塊，使混合料松散；干燥后，在SOMPa壓力下壓制成型；隨后在1400°C下燒結成型，氬氣氣氛中保溫Ih ;錳黃銅釬料成分及各成分的重量百分比為:Cu57.09Γ58.0%、Μη3.7% 4.3%, Fe0.10% 0.15%, Pb0.010% 0.015%, Ni37.535% 39.19% ;查看原材料的外觀質量，原材料表面不應有下列缺陷:凹坑或凸起、保證焊接表面要光滑，對原材料進行化學成分、機械性能的復驗；
b.將低合金高強度鋼、硬質合金和錳黃銅片狀釬料的表面氧化皮清除干凈；
c.將各材料表面的碎末用清水沖洗掉，然后用酒精清洗、晾干；用事先準備好的釬劑QJ-302劑均勻的涂在錳黃銅片狀釬料的兩個表面；
d.將涂有釬劑的錳黃銅片狀釬料放在低合金高強度鋼和硬質合金被清除干凈的表面之間，用夾具進行固定構成焊件，夾具的受力要均勻，大小要適當，錳黃銅片狀釬料與低合金高強度鋼之間及錳黃銅片狀釬料與硬質合金之間沒有氣體，同時保證釬劑均勻；
e.將固定好的焊件放入箱式爐中，設定加熱速度為10°C/min，一直加熱到錳黃銅片狀釬料固相線溫度(909°C )，保溫30min，然后再設定加熱速度為9°C /min, 一直加熱到960°C，保溫lOmin，隨爐冷卻到300°C，保溫30min，最后隨爐冷卻到室溫可得到焊件；
f.清除干凈焊件表面的氧化皮，既可得到完美的釬焊件。有益效果，由于采用了上·述方案，采用箱式爐對低合金高強度鋼基體表面釬焊硬質合金，采用釬焊方式在低合金高強度鋼表面焊接硬質合金，在焊接后，低合金高強度鋼的表面的力學性能更加好，組織與性能均勻，易于控制，尺寸精確、表面光潔；金屬流線組織良好、壁厚均勻及機械、力學性能良好；不僅提高構件表面的硬度和耐磨性，同時也降低材料的重量。充分利用低合金高強度鋼材料優異的機械性能，降低材料消耗，提高其表面的質量，不需進行后續加工即可獲得優質成品，減少了工藝設備數量，在焊接過程中不需要氣體保護，降低了勞動量，減少了生產成本，大幅度提高了生產效率和產品合格率，擴大了硬質合金和低合金高強度鋼的應用領域，可用于在材料表面焊接異種金屬來改善材料表面的力學性能。優點如下:
(I)硬質合金的制作成分制成的硬質合金具有較高的硬度，很好的耐磨、耐沖擊性，適用于耐磨耐沖擊的工件上。(2)采用箱式爐對低合金高強度鋼表面釬焊硬質合金，改變了傳統的提高構件表面性能的方法，制備出的焊件性能得到了提高，制作工藝簡便，加快了生產周期，降低了能耗，節約了成本。(3)通過釬焊獲得的焊件表面性能良好，便于操作，安全穩定。(4)制備出的低合金高強度鋼構件表面硬度和耐磨性都得到了很大的提高，力學性能和機械性能優良，能夠滿足特定場合需要。
具體實施例方式實施例1:第一組采用粉末冶金方法，制備出成分為WC (80.09Γ82.0%)、Co(16.0% 18.0%)、Ni (1.20%"1.50%)、Cr (0.20% 0.30%)、Nb (0.10% 0.20%)的硬質合金。利用KSL-1IOOX箱式爐對低合金高強度鋼基體表面釬焊所述硬質合金的一種方法:具體實施步驟如下:
a.本實例選用的低合金高強度鋼型號為Q345，硬質合金選用所制備出的硬質合金進行試驗。b.對低合金高強度鋼Q345含有化學質量百分比C≤0.20%、Mn (1.00% 1.60%)、Si ≤ 0.55%、S ≤ 0.045%、P ≤ 0.045%、V (0.02% 0.15%)、Nb (0.015% 0.060%)、Ti (0.02% 0.20%)。對硬質合金YG20C含有化學質量百分比WC (80.0% 82.0%)、Co(16.0% 18.0%)、Ni (1.20%"1.50%)、Cr (0.20% 0.30%)、Nb (0.10% 0.20%)。釬料用錳黃銅片狀釬料，其成分為:Cu (57.0% 58.0%)、Mn (3.7% 4.3%)、Fe (0.10% 0.15%)、Pb (0.0109Γ0.015%)、Ni37.5359Γ39.19%。釬劑的型號為QJ-302，核對原材料質量證明書內容是否正確，然后查看原材料的外觀質量，最后進行化學成分、機械性能的復驗。c.使用砂紙將Q345鋼、硬質合金和錳黃銅片狀釬料的表面氧化皮嚴格的磨掉，以提聞焊接的質量。d.將打磨后的各材料表面的碎末用清水沖洗掉，然后用酒精清洗、晾干。用事先準備好的釬劑QJ-302劑均勻的涂在片狀釬料的兩個表面。e.將涂有釬劑的片狀釬料放在Q345被打磨的表面和硬質合金被打磨的表面之間，用夾具進行固定，要注意夾具的受力要均勻，大小要適當，釬料與Q345之間及釬料與硬質合金之間沒有氣體，同時釬劑要均勻。f.將固定好的焊件放入KSL-1100X箱式爐中，設定加熱速度為10°C /min，一直加熱到釬料固相線溫度保溫30min，然后在設定加熱速度為9°C/min, —直加熱到960°C，保溫lOmin，隨爐冷卻到300°C，保溫30min，最后隨爐冷卻到室溫可得到焊件。g.用砂紙打磨掉焊件表面的氧化皮，既可得到完美的釬焊件。h.這樣制備的焊件，所達到的技術指標:硬質合金部位硬度1006HV，焊縫抗拉強度 1456.896Mpa，沖擊韌性 10J/cm2。實施例2:第二組采用粉末冶金方法，制備出成分為WC (80.09Γ82.0%)、Co(16.0% 18.0%)、Ni (1.20%"1.50%)、Cr (0.20% 0.30%)、Nb (0.10% 0.20%)的硬質合金。利用KSL-1IOOX箱式爐對低合金高強度鋼基體表面釬焊所述硬質合金的一種方法:
具體實施步驟如下:
a.本實例選用的低合金高強度鋼型號為Q345，硬質合金選用所制備出的硬質合金進行試驗。 b.對低合金高強度鋼Q345含有化學質量百分比C≤0.20%、Mn (1.00% 1.60%)、Si ≤0.55%、S ≤ 0.045%、P ≤ 0.045%、V (0.02% 0.15%)、Nb (0.015% 0.060%)、Ti (0.02% 0.20%)。對硬質合金YG20C含有化學質量百分比WC (80.0% 82.0%)、Co(16.0% 18.0%)、Ni (1.20%"1.50%)、Cr (0.20% 0.30%)、Nb (0.10% 0.20%)。釬料用錳黃銅片狀釬料，其成分為:Cu (57.0% 58.0%)、Mn(3.7% 4.3%)、Fe (0.10% 0.15%)、Pb (0.0109Γ0.015%)、Ni37.5359Γ39.19%。釬劑的型號為QJ-302，核對原材料質量證明書內容是否正確，然后查看原材料的外觀質量，最后進行化學成分、機械性能的復驗。c.使用砂紙將Q345鋼、硬質合金和錳黃銅片狀釬料的表面氧化皮嚴格的磨掉，以提聞焊接的質量。 d.將打磨后的各材料表面的碎末用清水沖洗掉，然后用酒精清洗、晾干。用事先準備好的釬劑QJ-302劑均勻的涂在片狀釬料的兩個表面。e.將涂有釬劑的片狀釬料放在Q345被打磨的表面和硬質合金被打磨的表面之間，用夾具進行固定，要注意夾具的受力要均勻，大小要適當，釬料與Q345之間及釬料與硬質合金之間沒有氣體，同時釬劑要均勻。f.將固定好的焊件放入KSL-1100X箱式爐中，設定加熱速度為10°C /min, 一直加熱到釬料固相線溫度保溫30min，然后在設定加熱速度為9°C/min, —直加熱到960°C，保溫lOmin，隨爐冷卻到300°C，保溫30min，最后隨爐冷卻到室溫可得到焊件。g.用砂紙打磨掉焊件表面的氧化皮，既可得到完美的釬焊件。h.這樣制備的焊件，所達到的技術指標:硬質合金部位硬度1026HV，焊縫抗拉強度 983.808Mpa，沖擊韌性 9.5J/cm2。實施例3:第三組采用粉末冶金方法，制備出成分為WC (80.09Γ82.0%)、Co(16.0% 18.0%)、Ni (1.20%"1.50%)、Cr (0.20% 0.30%)、Nb (0.10% 0.20%)的硬質合金。利用KSL-1IOOX箱式爐對低合金高強度鋼基體表面釬焊所述硬質合金的一種方法:
具體實施步驟如下:
a.本實例選用的低合金高強度鋼型號為Q345，硬質合金選用所制備出的硬質合金進行試驗。b.對低合金高強度鋼Q345含有化學質量百分比C彡0.20%、Mn (1.00% 1.60%)、Si 彡 0.55%、S 彡 0.045%、P 彡 0.045%、V (0.02% 0.15%)、Nb (0.015% 0.060%)、Ti (0.02% 0.20%)。對硬質合金YG20C含有化學質量百分比WC (80.0% 82.0%)、Co(16.0% 18.0%)、Ni (1.20%"1.50%)、Cr (0.20% 0.30%)、Nb (0.10% 0.20%)。釬料用錳黃銅片狀釬料，其成分為:Cu (57.0% 58.0%)、Mn (3.7% 4.3%)、Fe (0.10% 0.15%)、Pb (0.0109Γ0.015%)、Ni37.5359Γ39.19%。釬劑的型號為QJ-302，核對原材料質量證明書內容是否正確，然后查看原材料的外觀質量，最后進行化學成分、機械性能的復驗。c.使用砂紙將Q345鋼、硬質合金和錳黃銅片狀釬料的表面氧化皮嚴格的磨掉，以提聞焊接的質量。d.將打磨后的各材料表面的碎末用清水沖洗掉，然后用酒精清洗、晾干。用事先準備好的釬劑QJ-302劑均勻的涂在片狀釬料的兩個表面。

e.將涂有釬劑的片狀釬料放在Q345被打磨的表面和硬質合金被打磨的表面之間，用夾具進行固定，要注意夾具的受力要均勻，大小要適當，釬料與Q345之間及釬料與硬質合金之間沒有氣體，同時釬劑要均勻。f.將固定好的焊件放入KSL-1100X箱式爐中，設定加熱速度為10°C /min, 一直加熱到釬料固相線溫度保溫30min，然后在設定加熱速度為9°C/min, —直加熱到960°C，保溫lOmin，隨爐冷卻到300°C，保溫30min，最后隨爐冷卻到室溫可得到焊件。g.用砂紙打磨掉焊件表面的氧化皮，既可得到完美的釬焊件。h.這樣制備的焊件，所達到的技術指標:硬質合金部位硬度1260HV，焊縫抗拉強度 1258.752Mpa，沖擊韌性 9.0J/cm2。
權利要求
1.一種硬質合金和低合金高強度鋼的釬焊方法，其特征是:該釬焊方法的具體步驟如下: a.首先采用粉末冶金方法獲得硬質合金成品，硬質合金成分及各成分的重量百分比為:WC80.0% 82.0%、Col6.0% 18.0%、Nil.20%"1.50%、Cr0.20% 0.30%、Nb0.10% 0.20% ；將配好硬質合金粉末的成分，采用濕式球磨方法，介質為酒精，設置滾筒轉速為30rpm，濕磨時間為12h ;球磨過后，混合料采用200°C下噴霧干燥，并通過過篩工序，除去漿料干燥時可能帶入的氧化料結塊，使混合料松散；干燥后，在SOMPa壓力下壓制成型；隨后在1400°C下燒結成型，氬氣氣氛中保溫Ih ;錳黃銅片狀釬料成分及各成分的重量百分比為:Cu57.0% 58.0%、Μη3.7% 4.3%、Fe0.10% 0.15%、Pb0.010% 0.015%、Ν 37.535% 39.190% ;查看原材料的外觀質量，原材料表面不應有下列缺陷:凹坑或凸起、保證焊接表面要光滑，對上述的各材料進行化學成分、機械性能的復驗； b.將低合金高強度鋼、硬質合金和錳黃銅片狀釬料的表面氧化皮清除干凈； c.將各材料表面的碎末用清水沖洗掉，然后用酒精清洗、晾干；用事先準備好的釬劑QJ-302均勻的涂在錳黃銅片狀釬料的兩個表面； d.將涂有釬劑的錳黃銅片狀釬料放在低合金高強度鋼被清除干凈的表面和硬質合金被清除干凈的表面之間，用夾具進行固定，夾具的受力要均勻，大小要適當，錳黃銅片狀釬料與低合金高強度鋼之間及錳黃銅片狀釬料與硬質合金之間沒有氣體，同時保證釬劑均勻； e.將固定好的焊件放入箱式爐中，設定加熱速度為10°C /min，一直加熱到錳黃銅片狀釬料固相線溫度909°C，保溫30min，然后再設定加熱速度為9°C /min, 一直加熱到960°C，保溫lOmin，隨爐冷卻到300°C，保溫30min，最后隨爐冷卻到室溫可得到焊件； f.清除干凈焊件表面的氧化皮，既可得到完美的釬焊件。
全文摘要
一種硬質合金和低合金高強度鋼的釬焊工藝，屬于高強度鋼基的釬焊方法。將經過原材料檢驗合格的低合金高強度鋼、硬質合金及錳黃銅片狀釬料準備好，首先用砂紙去除掉低合金高強度鋼、硬質合金和釬料表面的氧化層，然后將釬料兩面都涂上釬劑QJ-302，把釬料放在低合金高強度鋼和硬質合金之間，用夾具把它們固定好，放入到KSL-1100X箱式爐中，設定加熱速度為10℃/min，一直加熱到釬料固相線溫度(909℃)保溫30min，然后在設定加熱速度為9℃/min，一直加熱到960℃，保溫10min，接下來冷卻到300℃，保溫30min，最后隨爐冷卻到室溫可得到焊件。在低合金高強度鋼表面焊接硬質合金，可以提高其表面硬度和耐磨性，改善了其力學性能和機械性能，擴大了低合金高強度鋼和硬質合金的應用領域。
文檔編號B23K1/20GK103071878SQ20131001049
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月11日 優先權日2013年1月11日
發明者隋艷偉, 孫智, 呂揚, 李毅, 王瑞 申請人:中國礦業大學