Hàn thép dụng cụ và cacbua xi măng

1. Vật liệu hàn

(1) Thép dụng cụ hàn và hợp kim carbide xi măng thường sử dụng kim loại độn đồng nguyên chất, đồng kẽm và bạc đồng. Đồng nguyên chất có khả năng thấm ướt tốt đối với tất cả các loại carbide xi măng, nhưng hiệu quả tốt nhất có thể đạt được bằng cách hàn trong môi trường khử hydro. Đồng thời, do nhiệt độ hàn cao, ứng suất tại mối hàn lớn, dẫn đến xu hướng nứt tăng. Độ bền cắt của mối hàn bằng đồng nguyên chất khoảng 150MPa, độ dẻo của mối hàn cũng cao, nhưng không phù hợp để làm việc ở nhiệt độ cao.

Kim loại độn đồng kẽm là kim loại độn được sử dụng phổ biến nhất để hàn thép dụng cụ và hợp kim carbide xi măng. Để cải thiện khả năng thấm ướt của mối hàn và độ bền của mối hàn, người ta thường thêm Mn, Ni, Fe và các nguyên tố hợp kim khác vào mối hàn. Ví dụ, thêm 4% w (MN) vào b-cu58znmn để làm cho độ bền cắt của mối hàn carbide xi măng đạt 300 ~ 320MPa ở nhiệt độ phòng; nó vẫn có thể duy trì 220 ~ 240MPa ở 320℃. Thêm một lượng nhỏ CO2 trên cơ sở b-cu58znmn có thể làm cho độ bền cắt của mối hàn carbide đạt 350MPa, đồng thời có độ bền va đập và độ bền mỏi cao, cải thiện đáng kể tuổi thọ của dụng cụ cắt và dụng cụ khoan đá.

Điểm nóng chảy thấp hơn của kim loại hàn đồng bạc và ứng suất nhiệt nhỏ hơn của mối hàn đồng thau giúp giảm xu hướng nứt của cacbua xi măng trong quá trình hàn. Để cải thiện khả năng thấm ướt của mối hàn, cải thiện độ bền và nhiệt độ làm việc của mối hàn, Mn, Ni và các nguyên tố hợp kim khác thường được thêm vào mối hàn. Ví dụ, mối hàn b-ag50cuzncdni có khả năng thấm ướt tuyệt vời đối với cacbua xi măng, và mối hàn đồng thau có các đặc tính tổng hợp tốt.

Ngoài ba loại kim loại điền đầy hàn trên, kim loại điền đầy hàn gốc Mn và gốc Ni, chẳng hạn như b-mn50nicucrco và b-ni75crsib, có thể được lựa chọn cho gia công cacbua xi măng trên 500 ℃ và yêu cầu cường độ mối nối cao. Đối với hàn thép tốc độ cao, nên chọn kim loại điền đầy hàn đặc biệt có nhiệt độ hàn phù hợp với nhiệt độ tôi. Kim loại điền đầy này được chia thành hai loại: một là kim loại điền đầy loại ferromangan, chủ yếu bao gồm ferromangan và borax. Độ bền cắt của mối nối hàn thường vào khoảng 100MPa, nhưng mối nối dễ bị nứt; Một loại hợp kim đồng đặc biệt khác chứa Ni, Fe, Mn và Si không dễ tạo ra vết nứt ở mối nối hàn và độ bền cắt của nó có thể tăng lên đến 300mpa.

(2) Việc lựa chọn thuốc hàn và thuốc hàn khí bảo vệ phải phù hợp với kim loại cơ bản và kim loại hàn cần hàn. Khi hàn thép dụng cụ và cacbua xi măng, thuốc hàn chủ yếu được sử dụng là borax và axit boric, và một số florua (KF, NaF, CaF2, v.v.) được thêm vào. Thuốc hàn Fb301, fb302 và fb105 được sử dụng cho hàn đồng kẽm, và thuốc hàn fb101 ~ fb104 được sử dụng cho hàn bạc đồng. Thuốc hàn Borax chủ yếu được sử dụng khi sử dụng kim loại hàn đặc biệt để hàn thép tốc độ cao.

Để ngăn ngừa quá trình oxy hóa thép dụng cụ trong quá trình gia nhiệt hàn và tránh làm sạch sau khi hàn, có thể sử dụng phương pháp hàn có bảo vệ bằng khí. Khí bảo vệ có thể là khí trơ hoặc khí khử, và điểm sương của khí phải thấp hơn -40℃. Hàn cacbua xi măng có thể được thực hiện dưới sự bảo vệ của hydro, và điểm sương của hydro cần thiết phải thấp hơn -59℃.

2. Công nghệ hàn

Thép dụng cụ phải được làm sạch trước khi hàn, bề mặt gia công không cần quá nhẵn để dễ dàng làm ướt và rải vật liệu cũng như thuốc hàn. Bề mặt cacbua xi măng phải được phun cát trước khi hàn, hoặc đánh bóng bằng cacbua silic hoặc đá mài kim cương để loại bỏ cacbon dư thừa trên bề mặt, để có thể làm ướt bằng kim loại phụ trong quá trình hàn. Cacbua xi măng có chứa cacbua titan rất khó làm ướt. Đồng oxit hoặc niken oxit được phủ lên bề mặt theo một phương pháp mới và nung trong môi trường khử để làm cho đồng hoặc niken chuyển tiếp lên bề mặt, nhằm tăng khả năng làm ướt của mối hàn bền.

Tốt nhất nên tiến hành hàn đồng thau thép dụng cụ các-bon trước hoặc cùng lúc với quá trình tôi. Nếu hàn đồng thau trước quá trình tôi, nhiệt độ hóa rắn của kim loại điền đầy được sử dụng phải cao hơn phạm vi nhiệt độ tôi, để mối hàn vẫn có đủ độ bền khi nung lại đến nhiệt độ tôi mà không bị hỏng. Khi kết hợp hàn đồng thau và tôi, nên chọn kim loại điền đầy có nhiệt độ hóa rắn gần với nhiệt độ tôi.

Thép dụng cụ hợp kim có thành phần rất đa dạng. Kim loại hàn, quy trình xử lý nhiệt và công nghệ kết hợp hàn và xử lý nhiệt cần được xác định theo từng loại thép cụ thể để đạt được hiệu suất liên kết tốt.

Nhiệt độ tôi của thép gió thường cao hơn nhiệt độ nóng chảy của hợp kim hàn bạc, đồng và đồng kẽm, vì vậy cần phải tôi trước khi hàn đồng và hàn trong hoặc sau khi ram lần hai. Nếu cần tôi sau khi hàn đồng, chỉ có thể sử dụng kim loại hàn chuyên dụng nói trên để hàn. Khi hàn dụng cụ cắt bằng thép gió, nên sử dụng lò cốc. Khi kim loại hàn nóng chảy, lấy dụng cụ cắt ra và ngay lập tức nén, đùn kim loại hàn thừa ra, sau đó tôi dầu và ram ở nhiệt độ 550 ~ 570℃.

Khi hàn lưỡi dao cacbua xi măng với thanh dụng cụ bằng thép, nên áp dụng phương pháp tăng khe hở hàn và sử dụng miếng đệm bù nhựa trong khe hở hàn, đồng thời nên làm nguội chậm sau khi hàn để giảm ứng suất hàn, ngăn ngừa nứt và kéo dài tuổi thọ của cụm dụng cụ cacbua xi măng.

Sau khi hàn sợi, cần rửa sạch cặn thuốc hàn còn sót lại trên mối hàn bằng nước nóng hoặc hỗn hợp tẩy xỉ thông thường, sau đó ngâm với dung dịch tẩy thích hợp để loại bỏ lớp màng oxit trên thanh dụng cụ cơ bản. Tuy nhiên, cần lưu ý không sử dụng dung dịch axit nitric để tránh ăn mòn kim loại mối hàn.