Основы технологии пайки и термообработки твердосплавного инструмента

Клочко Н.А.

Металлургия, 1981 г.

СБОРКА ПОД ПАЙКУ

Сборка инструмента под пайку включает установку пластины твердого сплава в гнездо инструмента, ее укрепление в гнезде (это делают не всегда), дозировку припоя, нанесение флюса, фиксацию паяльных зазоров (если их величина более 0,1) ив некоторых случаях, когда паяльные зазоры больше 0,2—0,3 мм, укрепление специальных технологических накладок, препятствующих вытеканию припоя из паяльного зазора.

При пайке таких инструментов, как токарные резцы, операция сборки обычно проводится паяльщиком одновременно с пайкой. Паяльщик насыпает в гнездо флюс, укладывает заранее нарезанный кусочек листового припоя, вновь насыпает флюс, устанавливает пластину твердого сплава и помещает резец в индуктор работающей высокочастотной установки.

После расплавленияприпоя и его растекания паяльщик вынимает резец из индуктора, не давая припою затвердеть, прижимает пластину твердого сплава к корпусу и охлаждает инструмент.

При пайке однолезвийного инструмента, у которого толщина паяного шва должна быть не менее 0,2 мм, и многолезвийного сборку делают заранее и подают инструмент на пайку в собранном виде.

У бурового инструмента ударного действия при пайке в закрытый паз величину паяльного зазора фиксируют либо кернением, либо оборачивают пластину твердого сплава калиброванной проволокой. В этом случае кернение или калиброванная проволока фиксирует не только величину паяльного зазора, но и твердосплавную пластину в процессе пайки.

Паяные швы толщиной более 0,3 мм без промежуточных прокладок получают методом, весьма близким к литью. Примером такой пайки могут служить Х-образные коронки для пневмоударного бурения диаметром более 100 мм, у которых толщина паяного шва должна находиться в пределах 1—1,5 мм. При сборке под пайку такого инструмента создают литниковую систему, способную удерживать расплавленный припой в некапиллярных паяльных зазорах. По существу создание литниковой системы сводится к следующему. Флюс и припой помещают в стальную воронку, расположенную в центре коронки. Для расплавленных флюса и припоя, поступающих из воронки в центр коронки, должны быть предусмотрены свободные проходы под пластинами твердого сплава, чтобы припой, поступающий вслед за флюсом, вытеснил последний снизу. Паяльные зазоры, выходящие на боковую поверхность коронки, во избежание вытекания расплавленных флюса и припоя должны быть закрыты либо стальными технологическими накладками, приваренными к корпусу инструмента, либо специальными замазками или заделаны другими способами, обеспечивающими плотный контакт с корпусом инструмента и препятствующими вытеканию флюса и припоя [110].

Пластины твердого сплава в многолезвийном металлорежущем инструменте, где не предусмотрено искусственное увеличение паяльного зазора, крепят с помощью технологических стенок или штырей, которые забивают в отверстия, предназначенные специально для этой цели. При заточке инструмента технологические стенки и штыри стачивают.

Для пайки каждого вида инструмента необходимо определенное количество припоя. В идеальном случае дозировка должна быть такой, чтобы объем припоя, предназначенного для пайки того или другого вида инструмента, был точно равен объему паяльных зазоров и галтелей (если таковые есть). В этом случае совсем не было бы натеков припоя, которые вызывают затруднения при заточке инструмента. объем паяльных зазоров непостоянен, так как зависит от принятых допусков при изготовлении корпуса инструмента и пластины твердого сплава. Поэтому дозировку припоя следует считать правильной в том случае, если при принятых допусках его всегда достаточно для заполнения паяльных зазоров и образования галтелей. При этом избыток припоя должен быть минимальным.

С экономической точки зрения выгоднее тщательно дозировать припой, чем при заточке удалять его наплывы или получать брак по неиропаю из-за недостатка припоя.

Трехслойных припой дозируется путем вырубки из него пластин, конфигурация которых соответствует паяемой поверхности. При этом размеры пластины припоя должны быть несколько больше паяемой поверхности пластины твердого сплава и в процессепайки выступать за ее пределы на 0,5—0,7 мм, обеспечивая визуальное наблюдение за процессомплавления наружных слоев трехслойного припоя.

Использование припоя в виде таблеток, состоящих из 60—75% стружкиприпоя МНМц68-4-2 и трехкомпонент-ного флюса, а также порошка, который получают измельчением таблеток, дает возможность повысить производительность труда на операции пайки, но приводит к снижению качества инструмента.

Для каждого вида инструмента дозированный припой должен быть подготовлен заранее, так как при выполнении этой операции непосредственно при пайке дозировку систематически не соблюдают.

При пайке твердых сплавов всех марок, за исключением безвольфрамовых, припоями на основе меди в качестве флюса следует использовать обезвоженную буру. При этом пайка малокобальтовых сплавов группы WC— Со и сплавов группы WC—TiC—Со должна проводиться с предварительной подготовкой их поверхностиметодом окисления. Для пайки безвольфрамовых твердых сплавов, а также малокобальтовых сплавов группы WC— Со и сплавов группы WC—TiC—Со, не прошедших подготовку к пайкеметодом окисления, следует использовать Флюс марки Ф100, так как в этом случае другие флюсы не обеспечивают необходимой смачиваемости поверхности твердого сплава расплавленным припоем.

При пайкеприпоями на основе серебра следует использовать флюсы № 284 и 209, интервалактивности которых согласован с температуройплавления этих припоев. Для флюса № 284 интервалактивности находится в пределах 500—850° С, для флюса № 209— 600—850 °С.

Дозировка флюсов при пайке должна обеспечивать покрытие всех паяемых поверхностей расплавленным флюсом вплоть до его вытеснения припоем. При нагреве инструмента под пайку необходимо следить непрерывно за тем, чтобы поверхности, подлежащие пайке, были покрыты флюсом и при необходимости добавлять последний.

ПАЙКА ИНСТРУМЕНТА

Пайку инструмента можно производить, используя различные методы нагрева. Наиболее распространен высокочастотный нагрев инструментов под пайку.

Некоторое количество инструментов паяют погружением в ванну с расплавленным припоем, находящимся под слоем флюса. Небольшое количество инструментов паяют в соляных ваннах, электропечах, элсктроконтактным способом и с помощью газовой горелки.

Наиболее перспективным способом следует считать пайку при высокочастотном нагреве, при котором в процессе нагрева возможно непрерывное визуальное наблюдение и доступ к инструменту.

При пайке погружением инструмента в ванну с расплавленным припоем твердосплавные пластины испытывают термоудар при высоких температурах, который, как будет показано ниже, весьма нежелателен.

Пайка в соляных ваннахсвязана с тяжелыми и вредными условиями труда и не обеспечивает высокого качества инструмента.

Пайка в электропечах без защитной атмосферы допустима, но сопряжена обычно с рядом трудностей, обусловленных невозможностью визуального наблюдения за инструментом в процессепайки и отсутствием доступа к инструменту, находящемуся в горячей зоне печи.

В электропечах с защитной атмосферой с успехом паяют мелкий инструмент с предварительно закрепленными в гнездах пластинами твердого сплава. пайка крупногабаритных инструментов (например, коронок для пневмоударного бурения диаметром более 100 мм) в таких печах при существующем уровне технологии, по-видимому, нерациональна.

Электроконтактный способ может быть реализован при пайкеинструмента с небольшой площадью паяного шва.

Пайка газовой горелкой, предназначенной для сварки металлов, не может быть рекомендована, так как при этом создаются местные перегревы, которые отрицательно влияют на качество инструмента. В некоторых случаях газовые горелки используют для пайки вследствие отсутствия другого оборудования, например в геологоразведочных партиях, находящихся в полевых условиях.

Нагрев под пайку должен проводиться медленно с тем, чтобы обеспечить сохранение исходных свойств твердого сплава, равномерный прогрев паяемых поверхностей и корпуса инструмента. Быстрый нагрев пластин из твердых сплавов вызывает неравномерное распределение температур в объеме изделия. Участки твердосплавной пластины, нагретые до более высоких температур, стремятся расшириться, а участки изделия, имеющие меньшую температуру, препятствуют этому. При высоких температурах в твердосплавной пластине возможны остаточные деформации, вызванные неравномерным нагревом. Остаточные деформации после охлаждения твердосплавной пластины вызовут остаточные напряжения. Пластины, имеющие остаточные напряжения, имеют пониженную эксплуатационную прочность при циклических нагрузках. Весьма приближенно допустимые перепады температур можно определить из рассмотрения следующей задачи. Тонкий поверхностный слой пластины твердого сплава нагрет до температурыt_2tкоторая выше, чем температура ее остальной части, равная t. Учитывая, что в данном случае мы определяем только весьма приближенные значения, будем рассматривать одномерную задачу. Практически вся разность линейных размеров слоев, вызванная различием температур, будет компенсироваться за счет деформации тонкого поверхностного слоя, нагретого до более высокой температуры. Напряжения в этом слое, если они не достигли предела текучести, могут быть определены по формулам: