一种硬质合金刀具机器人钎焊方法与流程

本发明属于焊接技术领域，特别涉及一种硬质合金刀具机器人钎焊方法。

背景技术：

硬质合金刀具在高速加工和盾构机等掘进机械中应用广泛，其一般是将硬质合金钎焊到钢制的刀具钢坯上。现有技术中，发明专利文件(cn104588806a)公布了一种合金刀具的激光钎焊方法；发明专利文件(cn103008817a)公布了一种用于自动化钎焊的装置。现有技术的共同特点为在钎焊前预先在钎焊工件上涂抹或放置钎料，然后再进行加热钎焊。

然而，由于硬质合金与刀具钢胚的热膨胀系数差异大，钎焊难度很大，需要在钎焊过程中填充钎料以达到焊缝填充充分，才能达到良好的钎焊结合强度。目前，钎焊过程中填充钎料一般是手工填料，由于钎焊温度很高，热辐射厉害，对人体影响大，劳动强度高，严重制约了硬质合金刀具钎焊的效率。因此，需要通过自动化改造来改善硬质合金刀具钎焊环境，提高钎焊效率。

技术实现要素：

为了解决上述在硬质合金刀具钎焊过程中需要人工添加钎料的问题。本发明提供一种硬质合金刀具机器人钎焊方法，通过自动化填料代替人工填料，减少了人工劳动，增强了硬质合金刀具钎焊的效率。

本发明采用的技术方案如下：

一种硬质合金刀具机器人钎焊方法，包括如下步骤：

[1]将硬质合金安装到刀具钢胚的槽口位置，硬质合金与槽口之间安置了金属网，所述硬质合金与刀具钢胚装配完成之后放置在基座平台上；

[2]将带状钎料安装到机器人手臂上，所述机器人手臂上配置可以控制带状钎料送丝速度的送丝轮和钎剂涂抹装置，所述带状钎料前端对准并接触所述硬质合金与刀具钢胚之间的焊缝；

[3]用加热装置对所述硬质合金与刀具钢胚进行加热，使硬质合金与刀具钢胚缓慢升温到预热温度进行预热，预热后用所述钎剂涂抹装置向所述焊缝喷洒钎剂，之后继续加热使硬质合金与刀具钢胚升温并维持在钎焊温度；到达钎焊温度后可维持钎焊温度约6min后再行进下一步，从而使得钎焊刀具各个位置温度均匀，温差降低；

[4]控制所述机器人手臂的运动轨迹和速度，将带状钎料熔融后充分填充到所述硬质合金与刀具钢胚之间的焊缝内，使得带状钎料充分润湿和填充；

[5]完成步骤[4]后，对所述硬质合金与刀具钢胚进行挤压，从而使得钎焊焊缝达到良好的结合；

[6]完成步骤[5]后，对所述硬质合金与刀具钢胚停止加热，降温之后对硬质合金与刀具钢胚进行热处理，以释放钎焊应力。

采用该技术方案后，在钎焊过程中可以根据焊接工件热膨胀的状态改变添加钎料的位置和速度，因此可以使焊料更加完全充分地填充焊缝，达到更佳的钎焊效果；还可避免在不需要的地方添加过多的钎料，从而节约钎料；此外本技术方案在钎焊过程中以机器人手臂自动填充钎料，降低了人工劳动强度，具有良好的可达性，提高了工作效率；通过在钎焊焊缝放置中间金属网层，有利于钎焊过程中带状钎料的流动，对焊缝充分填充，焊接强度高，有利于实现钎焊的自动化。

优选的，步骤[3]-[5]中所述加热装置是电感加热。使用电感加热的优势是：加热速度快，氧化层极少，可实现自动控制温度以及安全。

优选的，步骤[3]-[5]中所述加热装置配置有红外测温设备，红外测温设备的红外测温点设置在所述硬质合金与刀具钢胚(2)之间焊接面的裸露部分的中心位置。使用红外控温设备的优势是简单准确，且测温不接触工件。测温点设置在第二块硬质合金块上，可消除加热中两侧温度偏高的影响，使得焊缝处的温度控制更加准确。

优选的，所述硬质合金可以是钨钴类硬质合金、钨钛钴类硬质合金或钨钛钽(铌)类硬质合金。这些合金的硬度可以达到刀具的使用要求。

优选的，所述钢胚的材料为35crmo钢、40cr钢或42crmo钢，所述钢胚材料硬度为30-35hrc。这些钢材的性能符合作为刀具钢胚的要求。

优选的，步骤[1]中所述金属网是铁基、铜基或镍基筛网，金属网目数为40-200目。这些规格的金属网具有最佳的辅助焊料流动及填充焊缝的效果。

优选的，步骤[2]中所述带状钎料为含有银、铜、锌、镍和锰的复合带状钎料，银的重量百分比为30％-45％；所述带状钎料厚度为0.2-0.3mm，宽度为15-30mm。此规格的钎料适用于钢材与硬质合金之间的钎焊，且有利于实现钎料的缓慢匀速输送，充分浸润和填充焊缝，增强钎焊效果。

进一步优选的，步骤[4]中所述带状钎料送料速度为8-20m/min，所述机器人手臂沿焊缝运动速度为40-80mm/min。采用所述送料速度与机械手臂运动速度可实现带状钎料的缓慢匀速输送，充分浸润和填充焊缝，增强钎焊效果。

进一步优选的，步骤[3]中所述预热温度为200-400℃，预热时间为5-10分钟；所述钎焊温度为700-900℃。该温度设置综合考虑了带状钎料的熔点与钎焊工件的物性的特点，能够达到最佳的钎焊效果。

优选的，步骤[6]停止加热后，待所述硬质合金与刀具钢胚温度降至500℃以下，将硬质合金与刀具钢胚转移至箱式电阻炉中，控制温度为300-500℃进行热处理2-5小时。采用所述热处理过程可以有效释放焊接残余应力，使钎焊效果更好。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.将装配过程中在焊缝内预置焊料的方法，改为在钎焊过程中向焊缝缓慢添加钎料，由于这种填料方式在钎焊过程中可以根据焊接工件热膨胀的状态改变添加钎料的位置和速度，因此可以使焊料更加完全充分地填充焊缝，达到更佳的钎焊效果；此外采用这种方式后，可避免在不需要的地方添加过多的钎料，从而节约钎料；

2.通过将钎料安装到机器人手臂上，实现了在钎焊过程中自动填充钎料，取代了钎焊过程中的人工填充钎料,从而提高了生产的安全性；此外用机械自动化填料还具有比人工填充更高的工作效率；

3.通过在钎焊焊缝放置中间金属网层，有利于钎焊过程中钎料的流动，对焊缝充分填充，焊接强度高，有利于实现钎焊的自动化。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是实施本发明方法的装置的示意图；

图2是本发明中刀具钢胚的示意图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

下面结合图1、图2对本发明作详细说明。

实施例1

将42crmo钢钢件锻打成刀体毛坯，并且进行调质处理，使其硬度为30-35hrc。用数控加工中心机加工成如图2所示形状。通过粉末冶金法制备出与刀体匹配的钨钴类硬质合金(yg15c，硬度80-88hra)刀头。金属网选用铜基筛网，目数为100目。带状钎料(5)为含有银、铜、锌、镍和锰的复合带状钎料，银的重量百分比为30％；所述带状钎料(5)厚度为0.2mm，宽度为15mm。钎剂选用银基带状钎料102专用钎剂。

加热装置选用电感加热，加热装置配置有红外测温设备。

钎焊过程为：

[1]将硬质合金安装到刀具钢胚(2)的槽口位置(7)，硬质合金与槽口之间安置了金属网，装配过程为现有技术，本实施例不做具体描述。所述硬质合金与刀具钢胚(2)装配完成之后放置在基座平台(1)上，将装配好的硬质合金和刀具钢胚(2)放入感应线圈(3)中的合适位置；

[2]将带状钎料(5)安装到机器人手臂(6)上，所述机器人手臂(6)上配置送丝轮和钎剂涂抹装置(4)，所述带状钎料(5)前端对准并接触所述硬质合金与刀具钢胚(2)之间的焊缝；

[3]红外测温仪测温点定位在所述硬质合金与刀具钢胚(2)之间焊接面的裸露部分的中心位置，设定升温过程控制曲线。缓慢升温到200℃，开始整体预热，保温8min，完成预热；预热结束后，开始喷洒粉末状钎剂；控制温度升高至700℃，保温6min；

[4]开始钎焊，控制所述机器人手臂(6)沿着所述硬质合金与刀具钢胚(2)之间的焊缝运动，运动速度为40mm/min；控制带状钎料送料速度为8m/min，将带状钎料(5)充分填充到所述硬质合金与刀具钢胚(2)之间的焊缝内；

[5]完成步骤[4]后，将机器人手臂(6)高度提升使其离开刀具工件，使用铁棒或铜棒对所述硬质合金与刀具钢胚(2)进行挤压；

[6]钎焊完成后，降低感应加热功率，缓慢冷却，在刀具测温点温度低于500℃后，将刀具工件取出，放入箱式电阻炉中做焊后热处理，热处理温度为300℃，热处理时间为5h，以降低焊接残余应力。

完成步骤[6]热处理后，将刀具工件取出，待冷却后清理表面残渣，钎焊完成。

实施例2

将35crmo钢钢件锻打成刀体毛坯，并且进行调质处理，使其硬度为30-35hrc。用数控加工中心机加工成如图2所示形状。通过粉末冶金法制备出与刀体匹配的钨钴类硬质合金(yg11c，硬度80-88hra)刀头。金属网选用铁基筛网，目数为40目。带状钎料(5)为含有银、铜、锌、镍和锰的复合带状钎料，银的重量百分比为45％；所述带状钎料(5)厚度为0.3mm，宽度为30mm。钎剂选用银基带状钎料102专用钎剂。

加热装置选用电感加热，加热装置配置有红外测温设备。

钎焊过程为：

[1]将硬质合金安装到刀具钢胚(2)的槽口位置(7)，硬质合金与槽口之间安置了金属网，装配过程为现有技术，本实施例不做具体描述。所述硬质合金与刀具钢胚(2)装配完成之后放置在基座平台(1)上，将装配好的硬质合金和刀具钢胚(2)放入感应线圈(3)中的合适位置；

[2]将带状钎料(5)安装到机器人手臂(6)上，所述机器人手臂(6)上配置送丝轮和钎剂涂抹装置(4)，所述带状钎料(5)前端对准并接触所述硬质合金与刀具钢胚(2)之间的焊缝；

[3]红外测温仪测温点定位在所述硬质合金与刀具钢胚(2)之间焊接面的裸露部分的中心位置，设定升温过程控制曲线。缓慢升温到400℃，开始整体预热，保温10min，完成预热；预热结束后，开始喷洒粉末状钎剂；控制温度升高至900℃，保温6min；

[4]开始钎焊，控制所述机器人手臂(6)沿着所述硬质合金与刀具钢胚(2)之间的焊缝运动，运动速度为80mm/min；控制带状钎料送料速度为20m/min，将带状钎料(5)充分填充到所述硬质合金与刀具钢胚(2)之间的焊缝内；

[5]完成步骤[4]后，将机器人手臂(6)高度提升使其离开刀具工件，使用铁棒或铜棒对所述硬质合金与刀具钢胚(2)进行挤压；

[6]钎焊完成后，降低感应加热功率，缓慢冷却，在刀具测温点温度低于500℃后，将刀具工件取出，放入箱式电阻炉中做焊后热处理，热处理温度为500℃，热处理时间为2h，以降低焊接残余应力。

完成步骤[6]热处理后，将刀具工件取出，待冷却后清理表面残渣，钎焊完成。

实施例3

将40cr钢钢件锻打成刀体毛坯，并且进行调质处理，使其硬度为30-35hrc。用数控加工中心机加工成如图2所示形状。通过粉末冶金法制备出与刀体匹配的钨钛钴类硬质合金刀头。金属网选用镍基筛网，目数为200目。带状钎料(5)为含有银、铜、锌、镍和锰的复合带状钎料，银的重量百分比为40％；所述带状钎料(5)厚度为0.2mm，宽度为15mm。钎剂选用银基带状钎料102专用钎剂。

加热装置选用电感加热，加热装置配置有红外测温设备。

钎焊过程为：

[1]将硬质合金安装到刀具钢胚(2)的槽口位置(7)，硬质合金与槽口之间安置了金属网，装配过程为现有技术，本实施例不做具体描述。所述硬质合金与刀具钢胚(2)装配完成之后放置在基座平台(1)上，将装配好的硬质合金和刀具钢胚(2)放入感应线圈(3)中的合适位置；

[2]将带状钎料(5)安装到机器人手臂(6)上，所述机器人手臂(6)上配置送丝轮和钎剂涂抹装置(4)，所述带状钎料(5)前端对准并接触所述硬质合金与刀具钢胚(2)之间的焊缝；

[3]红外测温仪测温点定位在所述硬质合金与刀具钢胚(2)之间焊接面的裸露部分的中心位置，设定升温过程控制曲线。缓慢升温到300℃，开始整体预热，保温5min，完成预热；预热结束后，开始喷洒粉末状钎剂；控制温度升高至900℃，保温6min；

[4]开始钎焊，控制所述机器人手臂(6)沿着所述硬质合金与刀具钢胚(2)之间的焊缝运动，运动速度为60mm/min；控制带状钎料送料速度为15m/min，将带状钎料(5)充分填充到所述硬质合金与刀具钢胚(2)之间的焊缝内；

[5]完成步骤[4]后，将机器人手臂(6)高度提升使其离开刀具工件，使用铁棒或铜棒对所述硬质合金与刀具钢胚(2)进行挤压；

[6]钎焊完成后，降低感应加热功率，缓慢冷却，在刀具测温点温度低于500℃后，将刀具工件取出，放入箱式电阻炉中做焊后热处理，热处理温度为400℃，热处理时间为4h，以降低焊接残余应力。

完成步骤[6]热处理后，将刀具工件取出，待冷却后清理表面残渣，钎焊完成。

如上所述即为本发明的实施例。本发明不局限于上述实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。