木工刀具发明专利实审阶段:一种超长木工刀具的热轧焊-扩散焊复合焊接方法

长相有问题

一种超长木工刀具的热轧焊‑扩散焊复合焊接方法，涉及复合焊接技术领域。本发明的目的是为了解决传统的高速钢刀具(以低碳钢作为刀杆、高速钢作为刀刃)钎焊工艺中存在焊接接头强度低、蠕变抗力小，采用冷轧焊接后截面内残余应力难以消除，以及采用热轧焊接后会出现夹层现象进而导致出现层间撕裂情况的问题。本发明采取了热轧焊‑扩散焊的复合焊接方法，先对高速钢钢板和低碳钢钢板进行热轧焊接，再进行扩散焊接，使高速钢和低碳钢在结合界面发生相互扩散，通过扩散发生元素交换，形成紧密冶金结合界面，可以大幅提高高速钢与低碳钢刀具的接头强度和耐冲击强度。本发明可获得一种超长木工刀具的热轧焊‑扩散焊复合焊接方法。
BETA 应用领域分类
其他制造设备/工具焊接/焊接/切割物品焊接设备  分类交叉搜索
BETA 技术主题分类
钢板碳钢木工高速钢硬焊焊接点耐冲击性扩散焊接强度切削工具  分类交叉搜索

附图 (3)
专利时间轴
2022-11-09
申请日

CN202211399121.9
当前专利
申请号

2023-01-03
首次公开日

CN115555749A
当前专利
公开(公告)号

专利类型/受理局发明申请 (中国)
技术问题
[0003]本发明的目的是为了解决传统的高速钢刀具(以低碳钢作为刀杆、高速钢作为刀刃)钎焊工艺中存在焊接接头强度低、蠕变抗力小，采用冷轧焊接后截面内残余应力难以消除，以及采用热轧焊接后会出现夹层现象进而导致出现层间撕裂情况的问题，而提供一种超长木工刀具的热轧焊-扩散焊复合焊接方法

技术功效
提高耐冲击强度焊接工艺简单便于操作焊接接头强度高广阔应用前景
[0010](1)本发明采取了热轧焊-扩散焊的复合焊接方法，先对高速钢钢板和低碳钢钢板进行热轧焊接，再进行扩散焊接，使高速钢和低碳钢在结合界面发生相互扩散，通过扩散发生元素交换，形成紧密冶金结合界面，可以大幅提高高速钢与低碳钢刀具的接头强度(280～450MPa)和耐冲击强度。

[0011](2)本发明焊接工艺简单，便于操作，所采用的均为常规焊接设备，不需要大型真空焊接炉，最终制备得到的超长木工刀具的高速钢与低碳钢焊接接头强度高，不但适合加工原木材料，还适合加工胶合板、人造板、刨花板和纤维板等材料；本发明的复合焊接方法对木材和机械等领域高效加工生产具有十分广阔的潜在应用前景。

[0012]本发明可获得一种超长木工刀具的热轧焊-扩散焊复合焊接方法。

[标]当前申请(专利权)人
哈尔滨瀚霖科技开发有限公司
当前申请(专利权)人
哈尔滨瀚霖科技开发有限公司
150066 黑龙江省哈尔滨市经开区哈南工业新城星海路20号A栋1层103(黑龙江, 哈尔滨, 平房区)
1.一种超长木工刀具的热轧焊-扩散焊复合焊接方法，其特征在于
该热轧焊-扩散焊复合焊接方法按以下步骤进行：
步骤一、表面预处理和定位：
将尺寸相同的高速钢钢板和低碳钢钢板的待焊面进行铣面、清洗和烘干，然后将高速钢钢板和低碳钢钢板叠放在一起，并在一侧通过铆钉将二者固定，得到待焊刀具；
步骤二、热轧焊接和扩散焊接：
将待焊刀具在真空的条件下加热至910～1095℃，并在910～1095℃的温度条件下保温10～30min，保温结束后以高速钢钢板和低碳钢钢板的固定端作为开始轧制端进行轧制，得到热轧焊接后的复合刀具，待焊刀具的整体压缩率为16～44％；将热轧焊接后的复合刀具继续升温至1100～1200℃，并在1100～1200℃的温度条件下保温4～6h，保温过程中在复合刀具上施加1～10MPa的压力，保温结束后复合刀具每降低10～30℃减少0.1～0.5MPa的压力，直至压力为零，再继续冷却至室温，最后将复合刀具的一侧长边的低碳钢钢板打磨掉，得到超长木工刀具。
2.根据权利要求1所述的一种超长木工刀具的热轧焊-扩散焊复合焊接方法，其特征在于
步骤一中使用乙醇溶液进行清洗。
3.根据权利要求1所述的一种超长木工刀具的热轧焊-扩散焊复合焊接方法，其特征在于
步骤一中的烘干温度为50～80℃。
4.根据权利要求1所述的一种超长木工刀具的热轧焊-扩散焊复合焊接方法，其特征在于
步骤二中待焊刀具的真空条件通过以下方式实现：将固定后的高速钢钢板和低碳钢钢板置于两张铝板之间，然后将两张铝板的四周边缘通过激光焊接，且仅留有2～5mm的开口，从开口处向外抽真空至真空度为0.01～0.1Pa，再用激光焊接将开口焊合。
5.根据权利要求1或4所述的一种超长木工刀具的热轧焊-扩散焊复合焊接方法，其特征在于
所述的高速钢的牌号为W2MoCr4VSi。
6.根据权利要求1或4所述的一种超长木工刀具的热轧焊-扩散焊复合焊接方法，其特征在于
所述的低碳钢的牌号为Q235钢。
7.根据权利要求1所述的一种超长木工刀具的热轧焊-扩散焊复合焊接方法，其特征在于
步骤二中复合刀具共轧制2～5道次，每道次复合刀具的压缩率为5～9％。
8.根据权利要求1或7所述的一种超长木工刀具的热轧焊-扩散焊复合焊接方法，其特征在于
步骤二中复合刀具的轧制速度为1～2m/s。
9.根据权利要求1所述的一种超长木工刀具的热轧焊-扩散焊复合焊接方法，其特征在于
步骤二中将热轧焊接后的复合刀具以12～21℃/min的升温速率升温至1100～1200℃。
10.根据权利要求1所述的一种超长木工刀具的热轧焊-扩散焊复合焊接方法，其特征在于
步骤二中所述的超长木工刀具的长度为3～5m。

技术领域
[0001]本发明涉及复合焊接技术领域，具体涉及一种超长木工刀具的热轧焊-扩散焊复合焊接方法。
背景技术
[0002]随着工业现代化的进程不断提高，对机械加工设备的加工精密程度的要求也越来越高。高速钢刀具具有切削速度快、加工效率高、耐磨性能好及刀具寿命长等特点，因此高速钢刀具成为刀具产品的最重要组成部分之一。现在国内外高速钢刀具制造以高速钢刀刃与低碳钢刀杆钎焊为主，但是钎焊连接接头强度普遍偏低，蠕变抗力也较小，并不适应用于复杂受力的机械刀片。尤其是木材加工领域，要求刀具既要锋利便于切割，又要承受木材的冲击而不受破坏，所以需要高速钢刀刃与低碳钢刀杆的焊接接头强度更高、耐磨性能更好以及抗冲击能力更强。这种情况下一般选用轧制焊接刀具，将刀刃部分的高速钢和刀杆部分的低碳钢连接在一起，其中冷轧焊接具有成型速度快、产量高的优点，可以做成多种多样的截面形式。但是在冷轧焊接时高速钢在成型过程中没有经过热态塑性压缩，截面内仍然存在残余应力，对高速钢刀具的整体和局部的特性产生影响。而热轧焊接可以破坏钢中的铸造组织，细化了钢材的晶粒，并消除显微组织的缺陷，从而使钢材组织密实。但是高速钢经过热轧之后，内部的非金属夹杂物被压成薄片，易出现夹层现象，夹层会使高速钢沿厚度方向的性能大大恶化，并且有可能出现层间撕裂。因此，如何在高速钢与低碳钢热轧焊接刀具上避免产生缺陷成为必须解决的关键问题。
发明内容
[0003]本发明的目的是为了解决传统的高速钢刀具(以低碳钢作为刀杆、高速钢作为刀刃)钎焊工艺中存在焊接接头强度低、蠕变抗力小，采用冷轧焊接后截面内残余应力难以消除，以及采用热轧焊接后会出现夹层现象进而导致出现层间撕裂情况的问题，而提供一种超长木工刀具的热轧焊-扩散焊复合焊接方法。
[0004]一种超长木工刀具的热轧焊-扩散焊复合焊接方法，按以下步骤进行：
[0005]步骤一、表面预处理和定位：
[0006]将尺寸相同的高速钢钢板和低碳钢钢板的待焊面进行铣面、清洗和烘干，然后将高速钢钢板和低碳钢钢板叠放在一起，并在一侧通过铆钉将二者固定，得到待焊刀具；
[0007]步骤二、热轧焊接和扩散焊接：
[0008]将待焊刀具在真空的条件下加热至910～1095℃，并在910～1095℃的温度条件下保温10～30min，保温结束后以高速钢钢板和低碳钢钢板的固定端作为开始轧制端进行轧制，得到热轧焊接后的复合刀具，待焊刀具的整体压缩率为16～44％；将热轧焊接后的复合刀具继续升温至1100～1200℃，并在1100～1200℃的温度条件下保温4～6h，保温过程中在复合刀具上施加1～10MPa的压力，保温结束后复合刀具每降低10～30℃减少0.1～0.5MPa的压力，直至压力为零，再继续冷却至室温，最后将复合刀具的一侧长边的低碳钢钢板打磨掉，得到超长木工刀具。
[0009]本发明的有益效果：
[0010](1)本发明采取了热轧焊-扩散焊的复合焊接方法，先对高速钢钢板和低碳钢钢板进行热轧焊接，再进行扩散焊接，使高速钢和低碳钢在结合界面发生相互扩散，通过扩散发生元素交换，形成紧密冶金结合界面，可以大幅提高高速钢与低碳钢刀具的接头强度(280～450MPa)和耐冲击强度。
[0011](2)本发明焊接工艺简单，便于操作，所采用的均为常规焊接设备，不需要大型真空焊接炉，最终制备得到的超长木工刀具的高速钢与低碳钢焊接接头强度高，不但适合加工原木材料，还适合加工胶合板、人造板、刨花板和纤维板等材料；本发明的复合焊接方法对木材和机械等领域高效加工生产具有十分广阔的潜在应用前景。
[0012]本发明可获得一种超长木工刀具的热轧焊-扩散焊复合焊接方法。
附图说明
[0013]图1为实施例1中超长木工刀具的高速钢钢板与低碳钢钢板的界面组织图，图中上半部分为高速钢钢板，下半部分为低碳钢钢板；
[0014]图2为实施例1中超长木工刀具的成品外观形貌图。
具体实施方式
[0015]具体实施方式一：本实施方式一种超长木工刀具的热轧焊-扩散焊复合焊接方法，按以下步骤进行：
[0016]步骤一、表面预处理和定位：
[0017]将尺寸相同的高速钢钢板和低碳钢钢板的待焊面进行铣面、清洗和烘干，然后将高速钢钢板和低碳钢钢板叠放在一起，并在一侧通过铆钉将二者固定，得到待焊刀具；
[0018]步骤二、热轧焊接和扩散焊接：
[0019]将待焊刀具在真空的条件下加热至910～1095℃，并在910～1095℃的温度条件下保温10～30min，保温结束后以高速钢钢板和低碳钢钢板的固定端作为开始轧制端进行轧制，得到热轧焊接后的复合刀具，待焊刀具的整体压缩率为16～44％；将热轧焊接后的复合刀具继续升温至1100～1200℃，并在1100～1200℃的温度条件下保温4～6h，保温过程中在复合刀具上施加1～10MPa的压力，保温结束后复合刀具每降低10～30℃减少0.1～0.5MPa的压力，直至压力为零，再继续冷却至室温，最后将复合刀具的一侧长边的低碳钢钢板打磨掉，得到超长木工刀具。
[0020]本实施方式的有益效果：
[0021](1)本实施方式采取了热轧焊-扩散焊的复合焊接方法，先对高速钢钢板和低碳钢钢板进行热轧焊接，再进行扩散焊接，使高速钢和低碳钢在结合界面发生相互扩散，通过扩散发生元素交换，形成紧密冶金结合界面，可以大幅提高高速钢与低碳钢刀具的接头强度(280～450MPa)和耐冲击强度。
[0022](2)本实施方式焊接工艺简单，便于操作，所采用的均为常规焊接设备，不需要大型真空焊接炉，最终制备得到的超长木工刀具的高速钢与低碳钢焊接接头强度高，不但适合加工原木材料，还适合加工胶合板、人造板、刨花板和纤维板等材料；本实施方式的复合焊接方法对木材和机械等领域高效加工生产具有十分广阔的潜在应用前景。
[0023]具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：步骤一中使用乙醇溶液进行清洗。
[0024]其他步骤与具体实施方式一相同。
[0025]具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同点是：步骤一中的烘干温度为50～80℃。
[0026]其他步骤与具体实施方式一或二相同。
[0027]具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：步骤二中待焊刀具的真空条件通过以下方式实现：将固定后的高速钢钢板和低碳钢钢板置于两张铝板之间，然后将两张铝板的四周边缘通过激光焊接，且仅留有2～5mm的开口，从开口处向外抽真空至真空度为0.01～0.1Pa，再用激光焊接将开口焊合。
[0028]其他步骤与具体实施方式一至三相同。
[0029]具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：所述的高速钢的牌号为W2MoCr4VSi。
[0030]其他步骤与具体实施方式一至四相同。
[0031]具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：所述的低碳钢的牌号为Q235钢。
[0032]其他步骤与具体实施方式一至五相同。
[0033]具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：步骤二中复合刀具共轧制2～5道次，每道次复合刀具的压缩率为5～9％。
[0034]其他步骤与具体实施方式一至六相同。
[0035]具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是：步骤二中复合刀具的轧制速度为1～2m/s。
[0036]其他步骤与具体实施方式一至七相同。
[0037]具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同点是：步骤二中将热轧焊接后的复合刀具以12～21℃/min的升温速率升温至1100～1200℃。
[0038]其他步骤与具体实施方式一至八相同。
[0039]具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同点是：步骤二中所述的超长木工刀具的长度为3～5m。
[0040]其他步骤与具体实施方式一至九相同。
[0041]采用以下实施例验证本发明的有益效果：
[0042]实施例1：一种超长木工刀具的热轧焊-扩散焊复合焊接方法，按以下步骤进行：
[0043]步骤一、表面预处理和定位：
[0044]将尺寸相同的高速钢钢板和低碳钢钢板放在铣床上对其待焊面进行铣面，去除氧化层并得到光亮表面，再使用乙醇溶液清洗表面，在80℃下烘干，然后将高速钢钢板和低碳钢钢板叠放在一起，并在一侧通过铆钉将二者固定，得到待焊刀具。
[0045]所述的高速钢的牌号为W2MoCr4VSi，所述的低碳钢的牌号为Q235钢。
[0046]步骤二、局部真空处理：
[0047]将待焊刀具置于两张0.5mm厚的铝板之间，然后将铝板的四周边缘通过激光焊接在一起，且仅留有5mm的开口，通过抽真空装置从开口处向外抽真空至真空度为0.01Pa，再用激光焊接将开口焊合。
[0048]步骤三、热轧焊接：
[0049]将真空处理后的待焊刀具置于加热炉中加热至1000℃，并在1000℃的温度条件下保温20min，保温结束后以高速钢钢板和低碳钢钢板的固定端作为开始轧制端以1m/s的轧制速度进行轧制，共轧制3道次，每道次复合刀具的压缩率为6％，得到热轧焊接后的复合刀具，待焊刀具的整体压缩率为18％。
[0050]步骤四、扩散焊接：
[0051]将热轧焊接后的复合刀具放入加热炉中，以20℃/min的升温速率继续升温至1100℃，并在1100℃的温度条件下保温5h，保温过程中在复合刀具上施加5MPa的压力，保温结束后复合刀具每降低20℃减少0.5MPa的压力，直至压力为零，再继续冷却至室温，最后将复合刀具的一侧长边的低碳钢钢板打磨掉(开刃)，高速钢钢板打磨斜坡作为刀刃，并在复合刀具的另一侧均匀打孔(在刀具架上的安装孔)，得到超长木工刀具(如图2所示)，超长木工刀具的长度为3m。经检验，本实施例制备得到的超长木工刀具的接头强度为280～450MPa。
[0052]图1为实施例1中超长木工刀具的高速钢钢板与低碳钢钢板的界面组织图，图中上半部分为高速钢钢板，下半部分为低碳钢钢板；如图1所示，在界面处没有明显的反应层出现，但在界面处有起伏交错的咬合现象，这是由于在变形过程中两板材的表面有凹凸不平的部分在挤压和摩擦的作用下实现紧密结合。并且界面处除了紧密结合以外，还能观察到深浅颜色相间的形态，说明元素在咬合之后还发生了明显的扩散作用，并且随着温度的变化，扩散程度也越来越大，颜色也越来越均匀，原始界面也越来越模糊。