Hàn nối thép dụng cụ và cacbua xi măng

1. Vật liệu hàn

(1) Thép công cụ hàn và hợp kim cacbua thường sử dụng kim loại hàn đồng nguyên chất, đồng kẽm và đồng bạc. Đồng nguyên chất có khả năng thấm ướt tốt với tất cả các loại hợp kim cacbua, 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 trong mối hàn lớn, dẫn đến tăng xu hướng nứt. Độ bền cắt của mối hàn bằng đồng nguyên chất khoảng 150MPa, và độ dẻo của mối hàn cũng cao, nhưng nó không thích hợp cho công việc ở nhiệt độ cao.

Kim loại hàn đồng kẽm là kim loại hàn được sử dụng phổ biến nhất để hàn thép dụng cụ và hợp kim cacbua xi măng. Để cải thiện khả năng thấm ướt của chất hàn và độ bền của mối hàn, Mn, Ni, Fe và các nguyên tố hợp kim khác thường được thêm vào chất hàn. Ví dụ, thêm 4% Mn vào b-cu58znmn để làm cho độ bền cắt của mối hàn cacbua xi măng đạt 300 ~ 320MPa ở nhiệt độ phòng; nó vẫn có thể duy trì 220 ~ 240MPa ở 320 ℃. Thêm một lượng nhỏ CO vào trên cơ sở b-cu58znmn có thể làm cho độ bền cắt của mối hàn đạt 350MPa, đồng thời có độ dẻo dai 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 có lợi trong việc giảm xu hướng nứt của hợp kim cacbua trong quá trình hàn. Để cải thiện khả năng thấm ướt của chất hàn và nâng cao độ bền cũng như nhiệt độ làm việc của mối hàn, Mn, Ni và các nguyên tố hợp kim khác thường được thêm vào chất hàn. Ví dụ, chất hàn b-ag50cuzncdni có khả năng thấm ướt tuyệt vời với hợp kim cacbua, và mối hàn có các đặc tính tổng thể tốt.

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

(2) Việc lựa chọn chất trợ hàn và khí bảo vệ cho chất trợ hàn phải phù hợp với kim loại nền và kim loại phụ cần hàn. Khi hàn thép dụng cụ và cacbua xi măng, chất trợ hàn được sử dụng chủ yếu là borax và axit boric, và một số florua (KF, NaF, CaF2, v.v.) được thêm vào. Chất trợ hàn fb301, fb302 và fb105 được sử dụng cho chất hàn đồng kẽm, và chất trợ hàn fb101 ~ fb104 được sử dụng cho chất hàn bạc đồng. Chất trợ hàn borax chủ yếu được sử dụng khi sử dụng kim loại phụ hàn đặc biệt để hàn thép tốc độ cao.

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

2. Công nghệ hàn thiếc

Thép dụng cụ phải được làm sạch trước khi hàn, và bề mặt gia công không cần quá nhẵn để tạo điều kiện thuận lợi cho việc thấm ướt và lan tỏa vật liệu và chất trợ hàn. Bề mặt hợp kim cứng cacbua xi măng phải được phun cát trước khi hàn, hoặc đánh bóng bằng cacbua silic hoặc đá mài kim cương để loại bỏ lượng cacbon dư thừa trên bề mặt, sao cho kim loại hàn có thể thấm ướt trong quá trình hàn. Hợp kim cứng cacbua xi măng chứa cacbua titan khó thấm ướt. Một phương pháp mới sử dụng bột oxit đồng hoặc oxit niken được phủ lên bề mặt và nung trong môi trường khử để đồng hoặc niken chuyển lên bề mặt, nhằm tăng khả năng thấm ướt của chất hàn mạnh.

Việc hàn thiếc thép công cụ cacbon tốt nhất nên được thực hiện trước hoặc đồng thời với quá trình tôi. Nếu hàn thiếc được thực hiện trước quá trình tôi, nhiệt độ hóa rắn của kim loại phụ sử dụng phải cao hơn phạm vi nhiệt độ tôi, để mối hàn vẫn có đủ độ bền khi nung nóng lại đến nhiệt độ tôi mà không bị hỏng. Khi kết hợp hàn thiếc và tôi, nên chọn kim loại phụ có nhiệt độ hóa rắn gần với nhiệt độ tôi.

Thép hợp kim dụng cụ có nhiều thành phần khác nhau. Cần xác định loại vật liệu hàn phù hợp, quy trình xử lý nhiệt và công nghệ kết hợp hàn và xử lý nhiệt dựa trên từng loại thép cụ thể để đạt được mối hàn tốt.

Nhiệt độ tôi của thép tốc độ cao thường cao hơn nhiệt độ nóng chảy của hợp kim hàn bạc đồng và đồng kẽm, do đó cần phải tôi trước khi hàn và hàn trong hoặc sau khi ram lần hai. Nếu cần tôi sau khi hàn, chỉ có thể sử dụng loại vật liệu hàn đặc biệt nêu trên. Khi hàn các dụng cụ cắt bằng thép tốc độ cao, nên sử dụng lò cốc. Khi vật liệu hàn nóng chảy, lấy dụng cụ cắt ra và ngay lập tức ép chặt, đẩy phần vật liệu hàn thừa ra ngoài, sau đó tiến hành tôi dầu, rồi ram ở nhiệt độ 550 ~ 570 ℃.

Khi hàn lưỡi dao hợp kim cứng với thanh dụng cụ bằng thép, cần áp dụng phương pháp tăng khe hở hàn và sử dụng gioăng bù bằng nhựa trong khe hở hàn, đồng thời cần làm nguội chậm sau khi hàn để giảm ứng suất hàn, ngăn ngừa nứt vỡ và kéo dài tuổi thọ của cụm dụng cụ hợp kim cứng.

Sau khi hàn sợi quang, cặn thuốc hàn trên mối hàn phải được rửa sạch bằng nước nóng hoặc dung dịch tẩy xỉ thông thường, sau đó tẩy gỉ bằng dung dịch tẩy gỉ thích hợp để loại bỏ lớp màng oxit trên que hàn. Tuy nhiên, cần thận trọng không sử dụng dung dịch axit nitric để tránh ăn mòn kim loại mối hàn.