采煤机、掘进机是通过截齿破碎岩石的,机器的大部分功率也是通过截齿消耗掉的。由于破碎机理所决定,截齿在切割时,煤岩的反作用力使截齿承受着强大的冲击负荷。同时在切割过程中,截齿与煤岩之间要发生剧烈摩擦,如果煤岩中含有高磨砺性材料,摩擦将使截齿产生高的温度。截齿是在复杂多变的工况下工作的,是采煤机、掘进机上损耗的元件,对吨煤和每米成巷成本影响很大。
截齿的失效形式主要有合金头脱落、崩刃、磨损和刀杆弯曲、折断等,其中合金头脱落是常见的损坏形式。因此截齿的钎焊质量备受人们重视在我国截齿生产中,钎焊多采用高、中频感应方式或气体火焰加热方式。这两种工艺方式均要求操作者具有较高的技术水平和操作熟练性,操作者的劳动强度大,工作环境恶劣,截齿的钎焊质量不易保证,生产效率低。另外,这两种工艺操作均在空气中进行,不可避免地使截齿体受到氧化和脱碳的危害。为此,本文就截齿钎焊的另一种工艺方式截齿的炉中钎焊进行论述与探讨。
1 炉中钎焊的特点
炉中钎焊是一种用冶金结合来连接小型组合件中各零件的生产方法。它采用有色金属钎料作为结合材料,炉子为热源。只有在钎焊前把钎料放在接头上,并在钎焊过程中保持钎料位置不变,才能进行炉中钎焊。炉中钎焊的特点有以下几个方面。
1.1 防止截齿体氧化与脱碳
为了防止钢在钎焊和冷却过程中的氧化和脱碳,炉中钎焊可以在炉子的钎焊室和冷却室中采用合适的气氛。适当的钎焊气氛还能使熔化的铜钎料在不用钎剂的情况下对接头表面进行适当的润湿。钎焊使用的保护气氛,主要是富放热式气氛、吸热式气氛和一些氮基气氛。这些气氛具有很好的防氧化能力。根据需要,可以把气氛的碳势控制在011%~012%,这个碳势范围适应截齿体钢。
1.2较好的经济性
一般来说,截齿的重量均小于116kg,是非常适合于进行炉中钎焊的。截齿的炉中钎焊可以使用间歇式炉或连续式炉,都能以较低的单件成本进行大量钎焊。因此炉中钎焊在大量生产时是有效和的。它对偶尔的小批量生产也有很好的适应性,特别是截齿的炉中钎焊与截齿的热处理相结合时,能够达到的效果。
1.3 钎焊质量稳定可靠
截齿钎焊设备的温度控制、气氛供给及操作,大多采用计算机数字化监控,其钎焊质量和稳定性靠设备的性得到充分的保障。而高频感应及气体火焰加热等传统钎焊方式的钎焊质量则过多依赖操作人员的技术水平和操作熟练程度。另外,由于钎焊炉的自动化程度较高,使操作人员的劳动强度大幅降低,工作环境得到较大改善。
2 操作工序
2.1清洗 截齿在机械加工时,表面沾有油污,或机械加工完毕后因保管等原因表面会产生锈蚀。为保证焊接牢固,钎焊前必须进行表面清理工作,特别是钎焊面的清理。一般油污可以用航空汽油和丙酮清洗;当有锈蚀时,只能采用机械去锈法或酸洗法去锈。如用酸洗清理后,必须立即用清水清洗酸洗表面并进行烘干处理。对硬质合金头和钎焊料同样需要清洗,焊料表面如有氧化现象,也要进行酸洗处理,以免影响焊料的熔点温度及焊料的流动性。
2.2装配和夹紧 进行炉中钎焊的部件,一般都尽量设计成能用压配合、扩口或其它不用夹具的方法进行装配。但由于截齿体与硬质合金头的配合必须要有焊缝间隙,因此必须设计夹具,使截齿能保持直立稳固的状态。装配时,将清洗好的钎焊料放入截齿体接头孔内,然后将硬质合金装入孔内,装配好的组合件用夹具固定好装入炉中。对于截齿炉中钎焊的夹具设计应考虑:¹结实,稳定,不易因小的振动而倾覆;º选择多次加热而不易产生变形的材料制成;»尽量限制重量,降低无效装炉量;¼应考虑在硬质合金上施加一个P力,使焊料熔化时硬质合金能顺利到达预定位置。
2.3钎焊 把装在夹具中的截齿组合件送进炉子的钎焊室,在适当的保护气氛中加热,当截齿组合件温度超过钎料熔点时,钎料润湿并漫流于截齿体孔底与硬质合金下,在毛细管作用下进入接头。截齿体与硬质合金之间焊缝间隙中。在形成结合中,钎料与未熔化的钢及硬质合金表面形成固熔体。
2.4冷却 截齿钎焊完毕后,移入炉子的冷却室,在保护气氛(通常与钎焊室中的气氛相同)中冷却,直到截齿冷却到足够低的温度(即使处于空气中也不会使截齿表面产生氧化)时,才把截齿移出冷却室。如果截齿体需要进行热处理,应尽量考虑钎焊后的冷却与截齿体热处理冷却的结合。
3 钎焊料及焊缝间隙
3.1钎焊料的选择 对于截齿炉中钎焊焊料的选择应考虑:
（1）具有良好的润湿性,在钎焊温度下,易于填充钎缝的间隙,即要求钎料能同时适于钢与硬质合金两种材料,使其形成良好的钎焊接头;
（2）满足截齿的力学性能,即形成的接头焊缝的剪切强度应/180MPa,并具有一定的韧性和满足承受较高工作温度的要求;
（3）满足所用钎焊工艺及钎焊性,有合适的熔点,要求钎焊温度低于930e,以避免截齿体在过高的温度下,使其钢组织晶粒长大,影响截齿体的韧性,另外过高的钎焊温度也易造成硬质合金的损害,对钎焊炉的寿命也有影响;（4）成本因素。钎焊料的价格差异很大,铜钎料的成本较低,而银钎料的成本较高,一般是相同体积铜钎料价格的40~50倍。从上述4个方面综合考虑,如无特殊要求,截齿炉中钎焊料应尽可能地选择铜钎料。铜钎料的主要优点为:成本低、焊接强度较高。而缺点为:钎焊点温度偏高,一般都在900e以上,焊缝应力较大。
银钎料的优点为:工艺性能好,熔点不高,具有良好的润湿性、填满间隙的能力、较好的强度和塑性。
其缺点为:价格高,钎焊接头工作温度低等。较好的截齿钎焊铜基焊料牌号主要有:HL105(BCu58ZnMn)、HL106等。
3.2 焊缝间隙 截齿钎焊焊缝间隙的大小是影响钎焊缝致密性和焊缝强度的关键因素,间隙太小,妨碍钎焊料流入,间隙过大,破坏钎焊缝的毛细管作用,使钎焊料不能填满间隙。截齿的钎焊,是钢与硬质合金的异种材料钎焊,考虑硬质合金的线膨胀系数比钢要小,因此钎焊缝间隙应比钢对钢焊接时稍小,在使用HL105、HL106铜焊料时,截齿钎缝间隙一般为0.105~0.15mm,另外为了保证硬质合金周围焊缝间隙均匀一致,可把硬质合金下端设计成锥台形,以便利用截齿体与硬质合金两锥面产生自定心效果。
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