[发明专利]一种盾构刀用钎焊材料及其制备方法和钎焊方法

说明书

本发明属于钎焊材料领域，具体涉及一种盾构刀用钎焊材料及其制备方法和钎焊方法。该盾构刀用钎焊材料包括钎料合金外皮和被所述钎料合金外皮包裹的内芯，所述钎料合金外皮为银基钎料或铜基钎料；所述内芯由钎剂粉和分布在钎剂粉中的金属颗粒组成；所述金属颗粒选自铁颗粒、钴颗粒、镍颗粒、合金颗粒中的一种或两种以上组合。该盾构刀用钎焊材料缓解了钎料溢流，提高钎焊材料的使用效率，节约成本；金属颗粒分布于钎缝中，可以缓释钎缝中因硬质合金块和钢基体线膨胀系数差异产生的应力；铁、钴、镍均属高熔点元素，且向液态钎料中扩散后可以与钎料合金中的元素形成固溶体，可以提高盾构刀钎缝的高温强度。

技术领域

本发明属于钎焊材料领域，具体涉及一种盾构刀用钎焊材料及其制备方法和钎焊方法。

背景技术

盾构机掘进过程是依靠切刀对岩土的切削作用来实现对掌子面的开挖，为了提高切刀的耐磨性，一般在钢质刀体上钎焊硬质合金来作为工作刃切削岩土。盾构刀中硬质合金与钢基体一般采用感应钎焊，钎焊面积较大，感应钎焊时温度较高，硬质合金和钢基体发生膨胀，而钢基体线膨胀系数大于硬质合金，硬质合金与钢基体的钎焊缝隙随温度升高逐渐变大；另外，盾构刀感应钎焊时，由于感应加热的集肤效应，硬质合金与钢基体接触的棱角处温度较高。钎焊缝隙变大，再加上过热度大的钎料流动性较好，钎缝处钎料容易流走，后期补焊造成钎料浪费，成本较高。

由于硬质合金材料的塑性、韧性以及线膨胀系数与钢基体差别较大，在钎焊冷却过程中会因材料参数的不匹配而使焊缝处产生较大的残余应力甚至产生变形、裂纹。另外，感应钎焊温度较高，钎焊过程中，硬质合金中的钴容易向液态钎料中扩散，从而发生脱钴现象。焊接残余应力和硬质合金脱钴是盾构切刀切削过程中发生合金破碎、剥落的重要因素。

发明内容

本发明的目的在于提供一种盾构刀用钎焊材料，解决盾构刀钎焊过程中钎料溢流、钎缝应力大、钎缝高温强度有待进一步提高的问题。

本发明的第二个目的在于提高上述盾构刀用钎焊材料的制备方法。

本发明的第三个目的在于提供一种钎焊方法。

为实现上述目的，本发明的盾构刀用钎焊材料的技术方案是：

一种盾构刀用钎焊材料，包括钎料合金外皮和被所述钎料合金外皮包裹的内芯，所述钎料合金外皮为银基钎料或铜基钎料；所述内芯由钎剂粉和分布在钎剂粉中的金属颗粒组成；所述金属颗粒选自铁颗粒、钴颗粒、镍颗粒、合金颗粒中的一种或两种以上组合，所述合金颗粒为铁、钴、镍元素中两种或三种组成的合金。

本发明的盾构刀用钎焊材料，钎焊时内芯中的钎剂粉首先熔化，带动金属颗粒流入待焊基材之间的缝中，而后合金外皮熔化填缝，不熔性金属颗粒阻滞了钎料“容易流走”的特性，缓解了钎料溢流，提高钎焊材料的使用效率，节约成本；金属颗粒分布于钎缝中，可以缓释钎缝中因硬质合金块和钢基体线膨胀系数差异产生的应力；铁、钴、镍均属高熔点元素，且向液态钎料中扩散后可以与钎料合金中的元素形成固溶体，可以提高盾构刀钎缝的高温强度。

优选的，所述金属颗粒为铁钴镍合金颗粒或者为含铁颗粒和含钴颗粒组成的混合物，所述含铁颗粒选自铁颗粒和/或铁镍合金颗粒，所述含钴颗粒选自钴颗粒和/或铁钴合金颗粒。金属颗粒至少含有铁、钴元素，具有以下作用：铁在钎缝中有一定的韧性，可以缓解液态钎料因过热急冷产生的应力；钴扩散进入钎缝，可以减弱硬质合金中钴向钎缝的扩散，从而减弱盾构刀钎焊时硬质合金“脱钴”现象，防止盾构刀硬质合金崩裂。

针对含铁颗粒选自铁颗粒，含钴颗粒选自钴颗粒的情形，由于铁颗粒、钴颗粒的密度差异(铁7.86g/cm³、Co8.9g/cm³)，铁颗粒位于钎缝上方，钴颗粒位于钎缝下方，感应钎焊时存在感应加热的集肤效应，钎缝上方更多的铁颗粒在缓释钎缝上方液态钎料因过热急冷产生应力方面效果更加突出。针对金属颗粒选择合金颗粒的情形，这类合金颗粒的密度与钎焊材料接近，可在钎缝中均匀分布，从而在缓解钎缝中因硬质合金块和钢基体线膨胀系数差异产生应力方面更具优势。