一种基于激光制造技术

本发明专利技术公开了一种基于激光

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光3D处理的硬质合金与不锈钢异种材料高性能焊接工艺


[0001]本专利技术涉及金属材料的焊接与应用
，具体涉及一种基于激光
3D
处理的硬质合金与不锈钢异种材料高性能焊接工艺
。

技术介绍

[0002]聚烯烃类化工产品作为国民经济的重要原材料，通常是以颗粒的形式存储
、
运输和使用的，因此大型造粒模板和切粒刀被认为是聚烯烃类化工产业链中不可或缺的关键环节，通常其制备方式为硬质合金与不锈钢异种材料真空钎焊
。
[0003]TiC
基硬质合金
(Xiaoxuan Tu,et al,The microstructure evolution and dimensional stability of TiC steel
‑
bonded cemented carbide during stabilizing heat treatments,International Journal of Refractory Metals and Hard Materials,Volume 113,2023,106213
；
Wen Gao,et al,Fabrication,mechanical properties,and wear behaviors of co
‑
continuous TiC
‑
steel composites,Materials Characterization,Volume 190,2022,112051.)
具有高硬度
(950
～
1050HV)、
高强度
(
拉伸强度
>1000MPa)、
高模量
、
高冲击韧性和耐腐蚀等优点，因此，国内外多数企业采用
TiC
基硬质合金作为造粒模板和刀具的关键耐磨材料
。
基于该材料难以获得高性能钎焊接头的问题，亟需开展该硬质合金与不锈钢异种材料的焊接工艺研究
。
[0004]TiC
基硬质合金可以通过热处理工艺调整其力学性能，打破了传统硬质合金难以加工的问题，使该材料在钢铁冶金
、
矿山
、
机械加工和军工等领域也拥有广阔的应用前景
。
[0005]新材料及异种材料的焊接技术，是当前材料焊接领域的前沿和热点之一
。
研究和开发
TiC
基硬质合金和其它材料高性能的焊接技术可以充分发挥
TiC
基硬质合金高硬度
、
高耐磨特性，扩大其工业应用的有效途径
。
通过焊接技术可实现低成本制造形状复杂
、
多组分部件，同时还可以提高硬质合金结构的可靠性，使其可以广泛应用于机械制造
、
汽车工业
、
地质钻探
、
模具工业
、
航空航天等领域
。TiC
基硬质合金与不锈钢的焊接属于异质材料的焊接，由于它们在微观结构
、
物理性能
、
化学性能和力学性能等各方面存在明显的差异，因此对焊接工艺的要求比较苛刻
。
[0006]由于
TiC
基硬质合金属于脆性材料，熔点比金属高，其线膨胀系数与不锈钢相差较大，使得
TiC
基硬质合金与不锈钢异种材料焊接接头中的残余应力很高，加之与不锈钢的相容性较差，使得
TiC
基硬质合金与不锈钢的焊接性较差，一般焊接方法和工艺很难获得满意的焊接接头
。
[0007]钎焊是
TiC
基硬质合金与不锈钢异种材料焊接的主要焊接方法，钎焊接头的质量主要取决于选用合适的钎料和钎焊工艺
。
与陶瓷和金属之间钎焊焊接所面临的主要问题类似，
TiC
基硬质合金和不锈钢之间物理性能
、
力学性能存在很大差别，且
TiC
基硬质合金表面往往存在一层坚固
、
稳定氧化膜，钎料在硬质合金表面的润湿和铺展存在困难
。
硬质合金与不锈钢热膨胀系数相差较大，冷却过程中，焊接接头易产生残余应力，且硬质合金硬度和强
度较高，不易变形，残余应力的降低和释放更加困难，因而削弱了焊接接头的力学性能，严重时甚至发生开裂
。
[0008]随着国内外关于
TiC
基硬质合金研究的不断深入，其力学性能获得了很大的提高，但作为脆性材料，与不锈钢等金属材料组成优势互补的复合构件仍然是
TiC
基硬质合金得以发展和应用的重要途径
。
目前而言，尽管适合于
TiC
基硬质合金与不锈钢焊接的方法有多种，但每种方法都有其自身的优缺点和局限性，例如采用扩散焊的焊接接头界面扩散受到限制且容易形成有害复合碳化物
(
η
相
)
；采用钎焊需要解决如何降低或消除异种材料钎焊界面处的残余应力和如何提高焊接接头的力学性能；采用熔化焊接方式容易产生脆性开裂且缺乏合适的焊接材料
。
对比而言，真空钎焊作为异质材料焊接最成功
、
应用范围最广的焊接方法
。
如果通过激光
3D
处理工艺开发出高性能的
TiC
基硬质合金与不锈钢异种材料的钎焊接头，对于其应用和发展将有十分重要的意义
。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于提供一种基于激光
3D
处理的硬质合金与不锈钢异种材料高性能焊接工艺，该工艺采用激光
3D
处理在待焊金属表面得到对称分布的矩形或者波浪形貌的
3D
沟槽结构，在优化的真空钎焊工艺下，实现了钎焊接头剪切强度的提高，并有效释放异种材料钎焊接头中的残余应力，降低异种材料钎焊接头的开裂倾向
。
该方法应用于大型造粒模板和切粒刀的真空钎焊工艺
。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0011]一种基于激光
3D
处理的硬质合金与不锈钢异种材料高性能焊接工艺，该工艺首先对硬质合金和不锈钢待焊接表面进行激光
3D
处理，在待焊接表面加工出
3D
沟槽结构，然后将激光
3D
处理后的待焊接试样进行真空钎焊，促进钎焊焊接界面处形成互锁结构，提高了钎焊接头的剪切强度，并且有效降低异种材料真空钎焊焊接接头界面处的开裂倾向
。
[0012]所述硬质合金为
TiC
基硬质合金，硬度为
950
～
1050HV
，抗弯强度
≥1000MPa
；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于激光
3D
处理的硬质合金与不锈钢异种材料高性能焊接工艺，其特征在于：该工艺首先对硬质合金和不锈钢待焊接表面进行激光
3D
处理，在待焊接表面加工出
3D
沟槽结构，然后将激光
3D
处理后的待焊接试样进行真空钎焊，促进钎焊焊接界面处形成互锁结构，提高了钎焊接头的剪切强度，并且有效降低异种材料真空钎焊焊接接头界面处的开裂倾向
。2.
根据权利要求1所述的基于激光
3D
处理的硬质合金与不锈钢异种材料高性能焊接工艺，其特征在于：所述硬质合金为
TiC
基硬质合金，硬度为
950
～
1050HV
，抗弯强度
≥1000MPa
；所述不锈钢为马氏体不锈钢
1Cr13、
沉淀强化不锈钢
17
‑
4PH
或沉淀强化不锈钢
15
‑
5PH
等
。3.
根据权利要求2所述的基于激光
3D
处理的硬质合金与不锈钢异种材料高性能焊接工艺，其特征在于：所述
TiC
基硬质合金中，
TiC
为
30
～
60wt.
％，
Cr
为
10
～
15wt.
％，
Mo
为
4wt.
％，
Co
为
6wt.
％，
Fe
为余量
。4.
根据权利要求1所述的基于激光
3D
处理的硬质合金与不锈钢异种材料高性能焊接工艺，其特征在于：所述激光
3D
处理是采用激光对待焊接表面进行刻蚀处理，处理过程中，激光功率为
0.5
～
1KW
，激光波长为
1.06
～
1.15
μ
m
，光斑直径为
0.6mm
，激光入射角
(
即与材料法线方向夹角
)
为0°
～
10
°
，行走速度为3～
5m/min。5.
根据权利要求4所述的基于激光
3D
处理的硬质合金与不锈钢异种材料高性能焊接工艺，其特征在于：所述的激光
3D
处理过程中，采用氩气保护试样表面，氩气气体流量为
...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜云禄，王文广，倪丁瑞，马宗义，肖伯律，于宝海，刘占奇，李梅，
申请(专利权)人：沈阳金锋特种刀具有限公司，
类型：发明
国别省市：