การเชื่อมประสานเหล็กกล้าเครื่องมือและคาร์ไบด์ซีเมนต์

1. วัสดุประสาน

(1) การเชื่อมประสานเหล็กกล้าเครื่องมือและคาร์ไบด์ซีเมนต์มักใช้โลหะตัวเติมเชื่อมประสานทองแดงบริสุทธิ์ ทองแดงสังกะสี และทองแดงเงิน ทองแดงบริสุทธิ์มีคุณสมบัติการเปียกที่ดีกับคาร์ไบด์ซีเมนต์ทุกชนิด แต่จะได้ผลดีที่สุดเมื่อเชื่อมประสานในบรรยากาศรีดิวซ์ของไฮโดรเจน ในขณะเดียวกัน เนื่องจากอุณหภูมิการเชื่อมประสานสูง ความเค้นในรอยต่อจึงมีมาก ซึ่งนำไปสู่แนวโน้มการแตกร้าวที่เพิ่มขึ้น ความแข็งแรงเฉือนของรอยต่อที่เชื่อมประสานด้วยทองแดงบริสุทธิ์อยู่ที่ประมาณ 150 MPa และความยืดหยุ่นของรอยต่อก็สูงเช่นกัน แต่ไม่เหมาะสำหรับงานที่อุณหภูมิสูง

โลหะตัวเติมทองแดงสังกะสีเป็นโลหะตัวเติมที่ใช้กันมากที่สุดสำหรับการบัดกรีเหล็กกล้าเครื่องมือและคาร์ไบด์ซีเมนต์ เพื่อปรับปรุงความสามารถในการเปียกของโลหะบัดกรีและความแข็งแรงของรอยต่อ มักมีการเติมธาตุโลหะผสม Mn, Ni, Fe และธาตุอื่นๆ ลงในโลหะบัดกรี ตัวอย่างเช่น การเติม w (MN) 4% ลงใน b-cu58znmn จะทำให้ความแข็งแรงเฉือนของรอยต่อบัดกรีคาร์ไบด์ซีเมนต์สูงถึง 300 ~ 320 MPa ที่อุณหภูมิห้อง และยังคงรักษาความแข็งแรงได้ 220 ~ 240 MPa ที่ 320 ℃ การเติม CO ในปริมาณเล็กน้อยลงใน b-cu58znmn สามารถทำให้ความแข็งแรงเฉือนของรอยต่อบัดกรีสูงถึง 350 MPa และมีความเหนียวต่อแรงกระแทกและความแข็งแรงต่อความล้าสูง ช่วยยืดอายุการใช้งานของเครื่องมือตัดและเครื่องมือเจาะหินได้อย่างมาก

จุดหลอมเหลวที่ต่ำกว่าของโลหะตัวเติมประสานทองแดงเงินและความเค้นทางความร้อนที่น้อยกว่าของรอยประสานนั้นเป็นประโยชน์ในการลดแนวโน้มการแตกร้าวของซีเมนต์คาร์ไบด์ในระหว่างการประสาน เพื่อปรับปรุงความสามารถในการเปียกของโลหะประสานและปรับปรุงความแข็งแรงและอุณหภูมิการทำงานของรอยประสาน มักมีการเติมแมงกานีส นิกเกล และธาตุโลหะผสมอื่นๆ ลงในโลหะประสาน ตัวอย่างเช่น โลหะประสาน b-ag50cuzncdni มีความสามารถในการเปียกที่ดีเยี่ยมกับซีเมนต์คาร์ไบด์ และรอยประสานมีคุณสมบัติโดยรวมที่ดี

นอกจากโลหะตัวเติมสำหรับการเชื่อมประสาน 3 ประเภทข้างต้นแล้ว ยังสามารถเลือกใช้โลหะตัวเติมสำหรับการเชื่อมประสานที่มีส่วนประกอบของแมงกานีสและนิกเกล เช่น b-mn50nicucrco และ b-ni75crsib สำหรับงานเชื่อมประสานคาร์ไบด์ซีเมนต์ที่อุณหภูมิสูงกว่า 500 ℃ และต้องการความแข็งแรงของรอยเชื่อมสูง สำหรับการเชื่อมประสานเหล็กกล้าความเร็วสูง ควรเลือกใช้โลหะตัวเติมสำหรับการเชื่อมประสานชนิดพิเศษที่มีอุณหภูมิการเชื่อมประสานที่ตรงกับอุณหภูมิการชุบแข็ง โลหะตัวเติมนี้แบ่งออกเป็นสองประเภท: ประเภทแรกคือโลหะตัวเติมชนิดเฟอร์โรแมงกานีส ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยเฟอร์โรแมงกานีสและบอแรกซ์ ความแข็งแรงในการรับแรงเฉือนของรอยเชื่อมประสานโดยทั่วไปอยู่ที่ประมาณ 100 MPa แต่รอยเชื่อมมีแนวโน้มที่จะแตกร้าวได้ง่าย อีกประเภทหนึ่งคือโลหะผสมทองแดงชนิดพิเศษที่มีส่วนประกอบของนิกเกล เหล็ก แมงกานีส และซิลิคอน ซึ่งไม่ค่อยเกิดรอยแตกร้าวในรอยเชื่อมประสาน และความแข็งแรงในการรับแรงเฉือนสามารถเพิ่มขึ้นได้ถึง 300 MPa

(2) การเลือกฟลักซ์ประสานและก๊าซปกคลุมฟลักซ์ประสานต้องเหมาะสมกับโลหะพื้นฐานและโลหะเติมที่จะเชื่อม เมื่อทำการประสานเหล็กกล้าเครื่องมือและคาร์ไบด์ซีเมนต์ ฟลักซ์ประสานที่ใช้ส่วนใหญ่คือบอแรกซ์และกรดบอริก และมีการเติมฟลูออไรด์บางชนิด (KF, NaF, CaF2 เป็นต้น) ฟลักซ์ Fb301, fb302 และ fb105 ใช้สำหรับการบัดกรีทองแดงสังกะสี และฟลักซ์ fb101 ~ fb104 ใช้สำหรับการบัดกรีเงินทองแดง ฟลักซ์บอแรกซ์ส่วนใหญ่ใช้เมื่อใช้โลหะเติมประสานพิเศษในการประสานเหล็กกล้าความเร็วสูง

เพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชันของเหล็กกล้าเครื่องมือระหว่างการให้ความร้อนในการเชื่อมประสาน และเพื่อหลีกเลี่ยงการทำความสะอาดหลังการเชื่อมประสาน สามารถใช้การเชื่อมประสานโดยใช้ก๊าซปกคลุมได้ ก๊าซที่ใช้ปกคลุมอาจเป็นก๊าซเฉื่อยหรือก๊าซรีดิวซ์ก็ได้ และจุดน้ำค้างของก๊าซจะต้องต่ำกว่า -40 ℃ ส่วนคาร์ไบด์ซีเมนต์สามารถเชื่อมประสานได้ภายใต้การป้องกันของไฮโดรเจน และจุดน้ำค้างของไฮโดรเจนที่ต้องการจะต้องต่ำกว่า -59 ℃

2. เทคโนโลยีการเชื่อมประสาน

เหล็กกล้าเครื่องมือต้องทำความสะอาดก่อนการเชื่อมประสาน และพื้นผิวที่ผ่านการกลึงไม่จำเป็นต้องเรียบมากเกินไป เพื่อช่วยให้วัสดุและฟลักซ์เชื่อมประสานเกาะติดและกระจายตัวได้ดี ส่วนพื้นผิวของคาร์ไบด์ซีเมนต์จะต้องพ่นทรายก่อนการเชื่อมประสาน หรือขัดเงาด้วยล้อเจียรซิลิคอนคาร์ไบด์หรือเพชร เพื่อขจัดคาร์บอนส่วนเกินบนพื้นผิว เพื่อให้โลหะเชื่อมประสานเกาะติดได้ดีขึ้นในระหว่างการเชื่อมประสาน สำหรับคาร์ไบด์ซีเมนต์ที่มีส่วนผสมของไทเทเนียมคาร์ไบด์นั้น เกาะติดได้ยาก จึงใช้วิธีการใหม่โดยการทาครีมออกไซด์ทองแดงหรือออกไซด์นิกเกิลลงบนพื้นผิว แล้วอบในบรรยากาศรีดิวซ์ เพื่อให้ทองแดงหรือนิกเกิลเปลี่ยนสถานะขึ้นมาที่พื้นผิว ซึ่งจะช่วยเพิ่มความสามารถในการเกาะติดของโลหะเชื่อมประสานที่มีความแข็งแรงสูง

การเชื่อมประสานเหล็กกล้าเครื่องมือคาร์บอนควรทำก่อนหรือพร้อมกับการชุบแข็ง หากทำการเชื่อมประสานก่อนการชุบแข็ง อุณหภูมิหลอมเหลวของโลหะตัวเติมที่ใช้จะต้องสูงกว่าช่วงอุณหภูมิการชุบแข็ง เพื่อให้รอยเชื่อมยังคงมีความแข็งแรงสูงพอเมื่อได้รับความร้อนอีกครั้งจนถึงอุณหภูมิการชุบแข็งโดยไม่เกิดความเสียหาย เมื่อทำการเชื่อมประสานและการชุบแข็งร่วมกัน ควรเลือกโลหะตัวเติมที่มีอุณหภูมิหลอมเหลวใกล้เคียงกับอุณหภูมิการชุบแข็ง

เหล็กกล้าเครื่องมือผสมมีส่วนประกอบหลากหลายประเภท ควรเลือกโลหะตัวเติมสำหรับการเชื่อมประสาน กระบวนการอบชุบ และเทคโนโลยีการผสมผสานระหว่างการเชื่อมประสานและการอบชุบให้เหมาะสมกับชนิดของเหล็ก เพื่อให้ได้รอยต่อที่มีประสิทธิภาพดี

โดยทั่วไป อุณหภูมิการชุบแข็งของเหล็กกล้าความเร็วสูงจะสูงกว่าอุณหภูมิหลอมเหลวของตะกั่วบัดกรีเงิน-ทองแดงและทองแดง-สังกะสี ดังนั้นจึงจำเป็นต้องชุบแข็งก่อนการบัดกรี และทำการบัดกรีในระหว่างหรือหลังการอบคืนตัวครั้งที่สอง หากจำเป็นต้องชุบแข็งหลังการบัดกรี จะต้องใช้ตะกั่วบัดกรีชนิดพิเศษที่กล่าวถึงข้างต้นเท่านั้น ในการบัดกรีเครื่องมือตัดเหล็กกล้าความเร็วสูง ควรใช้เตาถ่านโค้ก เมื่อตะกั่วบัดกรีหลอมเหลวแล้ว ให้นำเครื่องมือตัดออกและอัดแรงดันทันที เพื่อรีดตะกั่วบัดกรีส่วนเกินออก จากนั้นทำการชุบแข็งด้วยน้ำมัน แล้วอบคืนตัวที่อุณหภูมิ 550 ~ 570 ℃

เมื่อทำการเชื่อมประสานใบมีดคาร์ไบด์ซีเมนต์กับแท่งเครื่องมือเหล็ก ควรใช้วิธีการเพิ่มช่องว่างการเชื่อมประสานและใช้ปะเก็นพลาสติกชดเชยในช่องว่างการเชื่อมประสาน และควรทำการระบายความร้อนอย่างช้าๆ หลังจากการเชื่อมเพื่อลดความเค้นจากการเชื่อมประสาน ป้องกันการแตกร้าว และยืดอายุการใช้งานของชุดเครื่องมือคาร์ไบด์ซีเมนต์

หลังจากเชื่อมไฟเบอร์เสร็จแล้ว ควรล้างคราบฟลักซ์ที่ตกค้างบนรอยเชื่อมด้วยน้ำร้อนหรือน้ำยาขจัดคราบตะกรันทั่วไป จากนั้นจึงนำไปแช่ในน้ำยาแช่กรดที่เหมาะสมเพื่อขจัดฟิล์มออกไซด์บนแท่งเครื่องมือ อย่างไรก็ตาม ควรระมัดระวังอย่าใช้น้ำยากรดไนตริกเพื่อป้องกันการกัดกร่อนของโลหะรอยเชื่อม