硬质合金焊接基体材料的槽形设计

槽形设计
钢与硬质合金刀具钎焊质量的好坏还决定于刀槽形状的设计是否合理。硬质合金槽形设计的原则如下。
① 尽量减少钎焊面，避免采用封闭和半封闭槽形结构，以减少钎焊应力，防止产生裂纹，尽可能采用自由焊槽形，以使钎焊应力降低到最低限度。
② 焊接前装配硬质合金时应尽量靠硬质合金的自重或靠基体上的凸台、凹槽等部位定位，尽量避免使用夹具固定硬质合金。
③ 设计槽形时应考虑在钎焊过程中便于排渣，避免因焊缝中夹渣而使焊缝强度降低或发生脱焊现象。
④ 钎焊后刀头部分不应黏附过多的焊料，以免刃磨困难，尤其是在设计硬质合金多刃刀具时应特别加以注意。
封闭和半封闭刀槽的设计如图1所示。这种刀槽形状增加了焊接面，使硬质合金刀片的焊接应力大大增加，并使应力分布复杂化，容易使硬质合金刀片发生裂纹，降低刀具的使用寿命。较为合理的开口槽的槽形设计如图2所示。这种设计使硬质合金刀片在钎焊时仅受到两个钎焊面的应力，在钎焊时发生裂纹的可能性比封闭或半封闭槽的刀具要小，刀具的使用寿命也较长。
硬质合金自由焊刀具的槽形设计如图3所示。这种设计可以减少钎焊面的槽形设计，既能减小应力，避免裂纹产生，又不增加刀槽的加工工序。这种设计使硬质合金刀片与钢质刀体的焊接面减少至一个，而在侧面焊缝处仅留下刀片厚度的30%～40%，起到刀片的定位作用。自由焊槽形的设计能使钎焊应力降低到最低限度，可大大减少和防止钎焊裂纹的产生，提高刀具使用寿命10%～30%。
一些大钎焊面的硬质合金刀具、量具或模具的槽形设计，可以采取开工艺沟的办法使一个大的焊接面分割或几个小块，以减少钎焊应力和避免产生裂纹（见图4）。同时工艺沟还能起到排渣的作用，保证焊缝有足够的强度。工艺沟的宽度和深度可在1.5～2mm左右，工艺沟的数量可以根据钎焊面的大小确定。
硬质合金刀片立焊可以成倍增加硬质合金刀片切削部分的厚度，而且硬质合金的抗压强度无论在常温或高温下都要比钢高得多，能够承受较大的切削力和切削热，能避免产生裂纹或发生崩坍现象。双重刀片叠焊法还可以将两种不同牌号的硬质合金刀片叠焊在一起，如下层焊YG8刀片，上层焊YT15、YT30、YG3X、YG6X等刀片。由于上下两层硬质合金的线膨胀系数比较接近，上层硬质合金刀片在钎焊后不会发生裂纹，而且残余应力很小。
矿山采掘用硬质合金工具的使用特点是冲击负荷大、震动大，要求硬质合金片既要焊得牢固，钎焊应力又要小，这样在使用过程中才不会发生硬质合金刀头脱焊和崩刃。在设计这类槽形时要有足够的钎焊面积，保证焊缝有足够的强度，又要考虑尽量减小钎焊应力。当硬质合金块的长度不超过20mm时，槽的宽度B＝〔b+(0.1～0.15)〕mm(b为硬质合金宽度)。当硬质合金块的长度大于20mm时，要考虑采用补偿垫片的钎焊办法，在焊缝中夹有一层塑性比较好的金属片，以减小钎焊应力和防止发生裂纹。这时槽形的宽度B＝〔b+2C+(0.15～0.25)〕mm(式中C是补偿垫片的厚度)。
在浸铜焊或在一些比较特殊条件下的钎焊，为了固定硬质合金刀片或便于使硬质合金定位，可设计带有工艺墙的槽形，并尽量减少工艺墙的厚度和高度，刀片与刀槽之间的配合可参照3级精度中的第二或第三种过渡配合的公差尺寸。装配时用木锤轻轻将硬质合金敲入槽中，钎焊后将工艺墙磨去。
槽形加工的表面粗糙度对焊缝强度有较大的影响，粗糙度越低焊缝的强度越高（见表4）。但是粗糙度越低加工越困难。一般在粗糙度Ra6.3左右即可。为了得到外观又薄又均匀的焊缝，硬质合金量具的槽形加工精度应高一些。
表4 基体槽形表面粗糙度对焊缝强度的影响
槽形加工 粗糙度Ra 硬质合金 基体材料 焊料 熔 剂 焊缝平均剪切强度
/MPa 刨 铣 磨 25～50 3.2～6.3 0.8～1.6 YT15 YT15 YT15 45钢 45钢
45钢 紫铜
紫铜
紫铜 脱水硼砂
脱水硼砂
脱水硼砂 88.3
122.1
159.8