PCD复合圆锯片高频焊接工艺研究_蒋鹏飞.pdf

第3 5卷 第2期 超 硬 材 料 工 程V o l.3 52 0 2 3年4月S U P E RHA R D MA T E R I A L E NG I N E E R I NGA p r.,2 0 2 3P C D复合圆锯片高频焊接工艺研究蒋鹏飞1,2,3(1.桂林特邦新材料有限公司,广西 桂林 5 4 1 0 0 4;2.中国有色桂林矿产地质研究院有限公司 广西超硬材料重点实验室,广西 桂林 5 4 1 0 0 4;3.中国有色桂林矿产地质研究院有限公司 国家特种矿物材料工程技术研究中心,广西 桂林 5 4 1 0 0 4)摘 要:在高频焊接过程中,焊接温度和焊接时间是影响P C D复合圆锯片焊接质量的两个重要因素,焊接温度过低和焊接时间过短会降低焊接强度,而焊接温度过高和焊接时间过长会导致P C D复合片的石墨化以及出现“过烧”的现象。通过实验对比在焊接温度5 8 0、6 2 0、6 6 0 和7 0 0 条件下,采用3 0 0 mm/m i n、2 5 0 mm/m i n、2 0 0 mm/m i n、1 5 0 mm/m i n的送丝速度来控制焊接时间,设定每齿的焊接送丝长度为1 2 mm,从而对比不同工艺下的焊接强度,得出采用焊接温度6 6 0、送丝速度1 5 0 mm/m i n的焊接工艺能够达到最高的焊接强度。关键词:P C D;圆锯片;焊接温度;焊接强度中图分类号:TQ 1 6 4 文献标识码:A 文章编号:1 6 7 3-1 4 3 3(2 0 2 3)0 2-0 0 2 3-0 3R e s e a r c h o n h i g h f r e q u e n c y w e l d i n g t e c h n o l o g y o f P C D c o m p o s i t e s a w b l a d eJ I ANG P e n g f e i1,2,3(1.G u i l i n T e b o n S u p e r h a r d M a t e r i a l C o.,L t d.,G u i l i n 5 4 1 0 0 4,C h i n a;2.G u a n g x i K e y L a b o r a t o r y o f S u p e r h a r d M a t e r i a l s,C h i n a N o n f e r r o u s M e t a l s(G u i l i n)G e o l o g y A n d M i n i n g C o.,L t d.,G u i l i n 5 4 1 0 0 4,C h i n a;3.N a t i o n a l E n g i n e e r i n g R e s e a r c h C e n t e r f o r S p e c i a l M i n e r a l M a t e r i a l s,C h i n a N o n f e r r o u s M e t a l s(G u i l i n)G e o l o g y A n d M i n i n g C o.,L t d.,G u i l i n 5 4 1 0 0 4,C h i n a)A b s t r a c t:I n t h e p r o c e s s o f h i g h f r e q u e n c y w e l d i n g,w e l d i n g t e m p e r a t u r e a n d t i m e a r e t w o i m p o r t a n t f a c t o r s t o a f f e c t t h e w e l d i n g q u a l i t y o f P C D c o m p o s i t e c i r c u l a r s a w b l a d e.T o o l o w w e l d i n g t e m p e r a t u r e a n d t o o s h o r t w e l d i n g t i m e w i l l r e d u c e t h e w e l d i n g s t r e n g t h.H o w e v e r,h i g h w e l d i n g t e m p e r a t u r e a n d l o n g w e l d i n g t i m e w i l l l e a d t o g r a p h i t i z a t i o n a n d o v e r b u r n i n g o f P C D c o m p o s i t e s h e e t.F o r t h e e x p e r i m e n t a l c o n d i t i o n o f t h e w e l d i n g t e m p e r a t u r e a t 5 8 0,6 2 0,6 6 0 a n d 7 0 0,t h e w i r e f e e d i n g s p e e d o f 3 0 0 mm/m i n,2 5 0 mm/m i n,2 0 0 mm/m i n a n d 1 5 0 mm/m i n i s u s e d t o c o n t r o l t h e w e l d i n g t i m e,a n d t h e w e l d i n g w i r e f e e d i n g l e n g t h o f e a c h t o o t h i s s e t t o b e 1 2 mm.A c c o r d i n g t o t h e c o m-p a r i s o n o f t h e w e l d i n g s t r e n g t h u n d e r d i f f e r e n t p r o c e s s e s,i t i s c o n c l u d e d t h a t t h e w e l d i n g p r o c e s s w i t h t h e w e l d i n g t e m p e r a t u r e 6 6 0 a n d w i r e f e e d i n g s p e e d 1 5 0 mm/m i n c a n a-c h i e v e t h e h i g h e s t w e l d i n g s t r e n g t h.K e y w o r d s:P C D,c i r c u l a r s a w b l a d e,w e l d i n g t e m p e r a t u r e,w e l d i n g s t r e n g t h收稿日期:2 0 2 3-0 3-0 5作者简介:蒋鹏飞(1 9 9 1),男,本科,主要从事合金锯片的研发。E-m a i l:8 1 5 6 8 1 8 9 4q q.c o m引文格式:蒋鹏飞.P C D复合圆锯片高频焊接工艺研究J.超硬材料工程,2 0 2 3,3 5(2):2 3-2 5.0 引言P C D复合圆锯片具有天然金刚石的硬度、耐磨性和硬质合金的抗冲击性,在高速切削过程中可以获得很高的加工效率和使用寿命,是理想的切割工具材料1-3。目前P C D复合圆锯片的主要应用在水泥纤维板和强化复合地板的切割应用中,相同尺寸规格的P C D复合圆锯片与硬质合金圆锯片在切割相同规格的水泥纤维板或强化复合地板过程中,P C D复合圆锯片的使用寿命是普通硬质合金圆锯片的5 0倍以上。而在P C D复合圆锯片的制造过程中,焊接工艺是关键的工艺过程4,故此,对P C D复合圆锯片的高频焊接工艺进行研究,确定出较为优异的高频焊接工艺参数,从而提高P C D复合圆锯片的焊接质量。1 实验1.1 实验材料1.1.1 锯片的基体选择基体是P C D复合圆锯片的载体,在使用过程中需要承受扭曲力、冲击力和摩擦力等,因此对基体的综合机械性能要求较高,需要综合考虑到基体本身的刚性、韧性以及整体的平整性等,7 5 C r 1和6 5 M n等都比较合适作为P C D复合圆锯片的基体材料。本文实验的P C D复合圆锯片选择的基体为7 5 C r 1,基体硬度选择4 44 8 HR C,基体外径为1 8 4 mm,安装孔径为1 5.8 8 mm,基体厚度为1.6 mm,齿数为4齿。1.1.2 P C D复合刀头选择本次实验的P C D复合刀头圆片直径为 3 0 0 mm,总体厚度为2.0 mm,选择粒度为1 0 m,P C D层厚度为0.5 mm。通过激光切割加工后刀头尺寸的齿宽为2.2 mm,齿厚为2.0 mm,齿高为4.2 mm。1.1.3 焊接钎料选择由于P C D复合刀头的焊接温度不能太高,一般不超过7 5 0,并且需要在焊接过程中具备良好的流动性来确保焊接强度,故此选择银基钎料5,本次实验选择银基钎料为B A g 4 0 C u Z n N i M n银焊丝。1.1.4 钎剂的选择钎剂的作用是在高频焊接过程中很好的湿润被钎焊的金属表面,加速钎料的融化速度和提高钎料的流动性6,促进钎焊的金属表面缝隙被钎料填满,从而形成良好的钎缝,提高焊接的质量,本次实验选择与银基钎料为B A g 4 0 C u Z n N i M n银焊 丝相匹配 的B r a z e T e c h 2 8 5 P a s t e膏状钎剂。1.1.5 焊接设备本次实验选择全自动焊齿机进行焊接实验,采用自动焊接强度检测仪进行焊接强度检测。1.2 实验方案1.2.1 实验参数设计实验焊接工艺参数设计如表1所示,下述每种实验工艺均采用单一变量,在对比不同焊接温度下,采用不同的送丝速度,通过对比其焊接强度来评定哪种实验工艺的焊接质量最优。表1 实验工艺参数T a b l e 1 L i s t o f t e s t p r o c e s s p a r a m e t e r s实验工艺编号焊接温度/送丝速度/(mm m i n-1)15 8 01 5 025 8 02 0 035 8 02 5 045 8 03 0 056 2 01 5 066 2 02 0 076 2 02 5 086 2 03 0 096 6 01 5 01 06 6 02 0 01 16 6 02 5 01 26 6 03 0 01 37 0 01 5 01 47 0 02 0 01 57 0 02 5 01 67 0 03 0 01.2.2 性能测试通过锯片基体与P C D复合刀头安装在全自动焊齿机上进行焊接实验,焊接完成后快速进行回火(回火工艺:3 0 0+保温6 h),待所有锯片进行回火完成后,再使用焊接强度检测仪进行焊接强度检测并记录相关的数据,通过对比所有实验锯片的平均焊接强度值来判断工艺的优劣。图1为实验焊接装置图,图2为焊接强度检测图。图1 实验焊接装置图F i g.1 T e s t w e l d i n g d e v i c e m a p42超 硬 材 料 工 程 2 0 2 3年4月图2 焊接强度检测图F i g.2 T e s t d i a g r a m o f w e l d s t r e n g t h2 实验结果与分析实验结果从平均焊接强度的高低进行判定,质量要求焊接到位、焊缝饱满,无漏焊虚焊等质量问题,实验数据通过重复进行4次实验计算得出平均值,其中强度的计算通过施加的压力值/刀头的受力面积所得,表2与图3分别为送丝速度对焊接强度的影响以及焊接温度对焊接强度的影响。表2 送丝速度对焊接强度的影响T a b l e 2 I n f l u e n c e o f w i r e f e e d i n g s p e e d o n s t r e n g t h焊接温度/送丝速度/(mm m i n-1)焊接强度/MP a5 8 01 5 01 8 7.32 0 01 8 8.92 5 01 8 2.13 0 01 6 6.46 2 01 5 01 9 6.22 0 01 9 7.62 5 01 9 2.33 0 01 8 8.16 6 01 5 02 2 8.92 0 02 2 1.62 5 02 1 2.53 0 02 0 5.27 0 01 5 02 1 2.42 0 02 1 0.92 5 02 0 3.23 0 01 9 8.3 以上数据均通过4次重复实验得出平均值,通过表2和图3的实验结果数据对比表明:在所有的实验工艺中,焊接温度5 8 0、送丝速度为3 0 0 mm/m i n的平均焊接强度最低,而且由于其焊接温度较低,送丝速度较快,银焊丝的溶解速度低于焊接设备的送丝速度,导致其少部分的银焊丝未完全溶解,降低了银焊丝的流动性,出现填缝不饱满的现象,而采用焊接温度6 6 0、送丝速度为1 5 0 mm/m i n的工艺参数条图3 焊接温度对焊接强度的影响F i g.3 I n f l u e n c e o f w e l d i n g t e m p e r a t u r e o n s t r e n g t h件下,其锯片的平均焊接强度可以达到所有实验工艺的最优值2 2 8.9 MP a,且在此温度条件下,银焊丝的溶解速度高于焊接设备的送丝速度,银焊丝的流动性很好,焊缝比较饱满,故此确定实验工艺9中的焊接工艺参数为所有实验工艺中的最优工艺。3 结论(1)通过对P C D复合圆锯片进行不同实验焊接工艺参数研究发现,在焊接温度较低的情况下,银焊丝的溶解速度较低,若确保完成设定的送丝长度,就需要更长的送丝时间(焊接时间),若确保完成设定的送丝时间,就会导致银焊丝的溶解不完全,银焊丝的流动性降低,两者均会影响焊接的质量。(2)通过对P C D复合圆锯片使用不同实验焊接工艺参数的研究,得出采用焊接温度为6 6 0、送丝速度为1 5 0 mm/m i n的工艺参数为能够达到最高的平均焊接强度,故确定为最优工艺参数。(3)P C D复合圆锯片的焊接工艺是评价锯片质量好坏的重要依据之一,对于制造而言不仅要考虑质量的最优,也需要考虑生产的效率,因此在实际的生产过程中,在确保焊接的强度达到质量标准的条件下,生产的效率也是需要考虑的重要因素之一。参考文献:1 范文捷,刘芳,刘建正,等.高频感应钎焊钎料、钎剂对P C D刀具焊接性能的影响J.工具技术,2 0 0 4(6):2 2-2 4.2 刘华,何荣跃,刘松.超薄P C D圆锯片的加工工艺J.工具技术,2 0 0 8(7):9 0-9 1.3 赵军,陈怀亮,赵爽之,等.聚晶金刚石拉丝模高效研磨工艺及参数优化研究J.超硬材料工程,2 0 2 2,3 4(6):2 5-2 9.4 龙伟民,乔培新,王海滨,等.P C D用钎料及钎焊工艺的研究J.金刚石与磨料磨具工程,2 0 0 2(4):2 7-2 9.5 王光祖,黄祥芬,张相法,等.立方氮化硼/钎料钎焊界面微观结构及形成机理J.超硬材料工程,2 0 2 1,3 3(5):3 7-4 0.6 杨志平,彭凌洲.P C D刀具钎焊工艺研究J.硬质合金,2 0 1 4,3 1(5):3 0 2-3 0 8.52第3 5卷 第2期 蒋鹏飞:P C D复合圆锯片高频焊接工艺研究