PDC刀具高频感应钎焊工艺及机理研究

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PDC刀具因具有极高的硬度、低的摩擦系数以及锐利的切削刃,在有色金属以及非金属材料的加工中获得了广泛地应用。焊接作为PDC刀具制作过程中的关键环节,其质量决定着刀具的整体性能。高频感应钎焊凭借其加热速率快、对环境污染小等优点成为PDC刀具焊接的主要方法。但由于PDC片钎焊性能及耐热性较差,在生产实践中国产的PDC刀具无论是脱片概率还是刀具耐用度均与进口刀具存在一定差距。因此,有必要对影响PDC刀具高频感应钎焊质量的因素进行深入研究。本文在空气氛围下采用SP-15A型高频感应焊机对PDC片进行了钎焊试验,并利用自制的剪切装置进行钎焊强度测试。首先,研究了焊前待焊表面预处理及焊后处理工艺对钎焊强度的影响,得到如下试验结果:焊前表面改性处理的PDC刀具钎焊强度最高,是表面未改性处理的PDC刀具钎焊强度值的1.3倍;表面打微孔的刀具钎焊强度最低;PDC刀具焊后选择石膏粉冷却比空气冷却钎焊强度高;焊后喷砂处理的钎焊接头强度高于未喷砂处理的钎焊接头,且45钢刀体钎焊强度提高幅度明显高于YG8硬质合金刀体。然后,借助体式显微镜、扫描电镜和电子探针对影响钎焊质量的工艺参数进行了深入研究。结果表明:恒压条件下钎缝间隙为0.15mm时,PDC刀具钎焊强度最大。随着钎焊温度升高,PDC片与YG8硬质合金刀体的钎焊强度呈现先增大后减小的趋势,690℃时钎焊强度最高;高温下,钎料中低熔点Zn、Cd氧化、蒸发加剧,在钎缝中产生过多的夹杂、气孔等焊接缺陷,同时在硬质合金基体的界面处Ni基固溶体晶粒长大并伴有脆性相的产生;随着钎焊温度的升高,PDC片热损伤逐渐加剧,710℃时PDC表面产生了大量的微空洞;PDC刀具钎焊温度应控制在670-690℃之间。随着加热速率的提高,PDC片与YG8硬质合金的钎焊接头剪切强度先增大后减小,加热速率为38℃/s时钎焊强度最大;加热速率对钎料在硬质合金基体上的润湿性影响规律与之相同;过低的加热速率会使PDC表面不平度增大,过高的加热速率又会在PDC表面产生很多孔洞;PDC刀具的加热速率在28-38。C/s之间较好。最后,本文利用有限元软件对PDC与45钢接头焊后残余应力的大小及分布进行了分析,以最大残余拉应力σx为BP神经网络训练的输出信号,采用遗传算法优化BP神经网络模型,得到最优的钎焊参数为:钎焊间隙为0.10mm,45钢与PDC硬质合金基底的厚度比为2.98,焊后冷却温度为695.83。C,钎焊压力为14.22MPa。
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