[发明专利]硬质合金/INVAR/钢的激光焊焊接件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于硬质合金连接技术领域，具体涉及一种硬质合金/INVAR/钢的激光焊焊接件及其制备方法。

背景技术

自20世纪20年代德国人Karl发明硬质合金以来,其生产技术、产量和应用范围都得到了很大的发展。根据《2013-2017年中国硬质合金行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》数据显示，2012年中国硬质合金产量为2.35万吨，出口近5000吨，深加工产品产量达到6600吨，占合金总产量的1/3。硬质合金在切削刀具、矿用工具、模具和耐高压高温甩腔体等方面得到了广泛的应用，其中切削刀具和矿用工具比例分别占到了硬质合金应用的33％和25％。其中，WC-Co系硬质合金较为常见，但是硬质合金的脆性大，价格昂贵，为了满足实际生产中的需求，通常将硬质合金与钢连接使用，其中钎焊法是常见的解决方案。

然而，对于普通钎焊工艺来说，其焊接接头强度不高、耐热性差，常温和高温承载能力差。也就是说，虽然钎焊方法可以较容易地解决硬质合金和钢的结合问题，但自动化程度低，限制了工业化生产。

Alexandra P.Costa,Lu1′sa Quintino,Martin Greitmann提出了一些实用的激光焊接技术：Laser beam welding hard metals to steel,Journal of Materials Processing Technology,2003,141(2),163-173。能够有效的解决这些问题。激光器和机器人联合焊接方法用于硬质合金与钢的连接，有效解决了硬质合金与钢的连接自动化水平低、焊缝区过宽的难题，为硬质合金和钢的连接进入到工业自动化阶段提供了可能。但是，由于硬质合金与钢的物理差异较大，所以焊接过程中要借助于有一定缓冲程度的中间层材料。然而，现有的中间层材料往往存在焊接接头未焊透、容易产生裂纹等问题。

发明内容

针对现有技术所存在的不足，本发明的目的是提供一种硬质合金/INVAR/钢的激光焊焊接接头及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明涉及一种硬质合金/INVAR/钢的激光焊焊接件的制备方法，所述制备方法包括以INVAR合金为中间层填充材料，激光焊接制得硬质合金/INVAR/钢的激光焊焊接件。

优选的，所述激光焊接采用激光器和机器人联合激光焊接方法。

优选的，所述激光器和机器人联合激光焊接方法是采用IPG-YLS-5000W掺镱多模光纤激光器作为热源，离焦量-8mm；采用KUKA KR60HA型焊接机器人和外轴变位器作为操作平台；采用氩气为保护气体。

优选的，所述制备方法具体包括如下步骤：

S1、将INVAR合金适配填充在硬质合金、钢之间，对接装配固定在外轴变位器的操作平台上，并打开保护气体，调节保护气流量，气体流量为20～25L/min；

S2、将焊枪移动至被焊接材料上方的对接中心，在机器人编程控制器中输入工艺参数，焊接速度为0.012～0.024m/s，功率为2～3kW；

S3、在密闭空间中操作机器人开始自动焊接，即可。

优选的，步骤S1前还包括被焊材料的前处理工序，具体为：用打磨机分别对硬质合金、INVAR合金、钢进行表面处理以除毛刺和氧化层，再用酒精或者丙酮进行超声波清洗以去除表面油污。

优选的，所述硬质合金为WC-Co系硬质合金，粘结相为钴，含量为20wt％，硬质相为微米级碳化钨，含量为80wt％；所述钢为45#碳钢；所述INVAR合金的组成为：42wt％Ni，0.6wt％C，3.4wt％Mn，4wt％Nb，余量为Fe。

优选的，所述硬质合金为φ58mm的厚度为3mm的半圆形硬质合金YG20；所述钢为φ58mm的厚度为3mm的半圆形45#钢；所述INVAR合金的宽度为0.5mm，厚度为3mm，长度为58mm。

本发明还涉及一种本发明的制备方法制得的硬质合金/INVAR/钢的激光焊焊接件。

与现有技术相比，本发明所述方法可得到以因瓦合金作为中间层的硬质合金/钢的激光焊的焊接件。本发明可有效解决现有技术中存在的焊接接头未焊透、容易产生裂纹、自动化生产率低的问题。以INVAR作为填充材料，在硬质合金与钢之间产生了一个过渡，有效解决了由于硬质合金与钢热膨胀系数差异较大而产生裂纹的难题，提高了硬质合金焊接的自动化水平，为硬质合金与钢的激光焊连接技术提供理论和试验依据，可以广泛用于硬质合金的加工。

附图说明