一种盾构机边刮刀感应钎焊方法
【专利摘要】本发明公开了一种盾构机边刮刀感应钎焊方法,将装配好的边刮刀刀体、银基钎料、硬质合金刀头置入仿形线圈的下端,并与仿形线圈紧密贴合，然后经过预加热、加热焊接、焊后热处理后完成焊接工作，本发明采用的仿形线圈为自制仿形线圈，本发明可以加热中间部位的硬质合金，降低焊接时边刮刀不同位置的温度差，便于使用同种钎料钎焊，避免了使用不同钎料钎焊造成了互相干扰的现象，本发明可以一次性完成硬质合金刀头与边刮刀刀体的钎焊；本发明同时提高焊缝钎着率，抗剪切强度也提高，增加了盾构机边刮刀的使用寿命和耐磨性。
【专利说明】
一种盾构机边刮刀感应钎焊方法
技术领域
[0001]本发明属于异种材料焊接领域，尤其是一种盾构机边刮刀感应钎焊方法。
【背景技术】
[0002]盾构机是一种隧道掘进的专用工程机械，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能，主要用于城市地铁建设单位、铁路公路隧道和饮水工程等。盾构机边刮刀是是盾构机的刀盘的一种仿形刀具，安装在盾构机刀盘的辐条基座上，与其它盾构刀具一起跟随刀盘旋转，完成隧道开挖、掘进等。现在所用的边刮刀，主要由刀体及硬质合金通过焊接而成。
[0003]边刮刀刀体呈现出45°圆弧形，刀体焊接面也呈现出45°圆弧，焊接面不在一个平面上，导致硬质合金与刀体的焊接难度很大。目前钎焊边刮刀合金的方法有两种，一种是炉中钎焊，另一种感应钎焊。炉中钎焊由于焊接时间长，钎料流失严重，钎焊效果不好;需要专用夹具固定合金位置，工艺程序复杂；导致钢的硬度降低，耐磨性和抗疲劳性下降。感应钎焊焊接时间短，效率高，逐步替代炉中钎焊;但是由于盾构机刮刀尺寸较大，形状不规则，现有钎焊方式有两种:一种是用开口式加热线圈从一边开始钎焊，效率降，人工成本高，工作环境恶劣；另一种是用多匝方形线圈钎焊，但是边刮刀中心位置合金温度和外围合金温度差别较大，为了达到焊接效果，须采取分步钎焊或者预置不同熔点的钎料来解决，工艺过程复杂。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种盾构机边刮刀感应钎焊方法，设计专用的仿形线圈作为钎焊线圈，从而提高钎焊效率，降低焊接时边刮刀不同位置的温度差，使盾构机圆弧形边刮刀一次钎焊就达到理想效果，本发明同时提高焊缝钎着率，抗剪切强度也提高，增加了盾构机边刮刀的使用寿命和耐磨性。
[0005]本发明实现其发明目的所采取的技术方案是:
[0006]—种盾构机边刮刀感应钎焊方法，包括以下步骤:
[0007]a、将装配好的从上到下依次叠加的硬质合金刀头(2)、银基钎料、边刮刀刀体(3)的待焊接件置入仿形线圈(I)的下端，并与仿形线圈(I)贴合；
[0008]b、焊接前预热；
[0009]C、升温焊接；
[0010]d、焊后热处理；
[0011]所述的仿形线圈(I)由弧形线圈构成，所述弧形线圈包括大弧形线圈和设置于大弧形线圈中间的小弧形线圈。
[0012]更进一步的；所述具体步骤为，b、焊接前预热:通过控温设备控制仿形线圈(I)缓慢升温，进行预热，预热温度为200-40(TC，时间为5-10分钟；
[0013]C、升温焊接:通过控温设备控制仿形线圈(I)升温，边刮刀钎焊位置达到700-900°C时，保温3-8分钟，使硬质合金刀头(2)和边刮刀刀体(3)结合；
[0014]d、焊后热处理:待钎焊好的工件温度降低到500°C以下后，放入电阻炉热处理2-5小时，热处理温度为300-500°C，完成焊后热处理后，将边刮刀工件取出，待冷却后清理表面残渣，完成钎焊。
[0015]更进一步的，所述大弧形线圈圆弧角度为50-65°，所述小弧形线圈的圆弧角度为30-40。ο
[0016]更进一步的，所述的控温设备为红外测温仪器，所述步骤b和步骤c通过采用红外测温仪器对准边刮刀中部的硬质合金，通过改点的温度对加热温度、保温温度及时间进行控制。
[0017]更进一步的，所述硬质合金刀头(2)为钨钴类硬质合金、钨钛钴类硬质合金、钨钛钽(铌)类硬质合金类的盾构机刀具硬质合金中的一种制成。
[0018]更进一步的，所述边刮刀刀体(3)为合金钢，所述合金钢为35CrMo钢、40Cr钢及42CrMo钢的一种。
[0019]更进一步的，所述银基钎料为包含银、铜、锌、镍、锰的复合钎料，其中，银的重量百分比为30%-45 %。
[0020]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0021]1、本发明设计专用的仿形线圈作为钎焊线圈，所述的仿形线圈包括大圆弧形线和小圆弧形线圈，所述小弧形线圈位于大圆弧形线圈中间，该设计可以加热中间部位的硬质合金，降低焊接时边刮刀不同位置的温度差，便于使用同种钎料钎焊，避免了使用不同钎料钎焊造成了互相干扰的现象，本发明可以一次性完成硬质合金刀头与边刮刀刀体的钎焊；本发明同时提高焊缝钎着率，抗剪切强度也提高，增加了盾构机边刮刀的使用寿命和耐磨性。
[0022]2、经过仿形线圈一次性钎焊后的边刮刀焊缝强度高，焊缝残余应力低，工艺稳定性好。经试验证明，本发明方法可明显降低异种材料钎焊的残余应力，增加了其在盾构施工过程中的使用寿命和耐磨性。
【附图说明】
[0023]下面结合附图对本发明进行说明:
[0024]图1是自制仿形组合感应线圈图，
[0025]图2是盾构机边刮刀感应钎焊示意图，
[0026]图中的标号为:1、仿形线圈；2、硬质合金刀头;3、边刮刀刀体。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图对本发明作进一步的说明。本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
[0028][实施例1]
[0029]如图1、图2所示的一种盾构机边刮刀感应钎焊方法，包括以下步骤:
[0030]a、将钢件锻打成弧形刀体毛坯，并且进行调质处理，用数控加工中心机加工成如图2所示边刮刀刀体3。通过粉末冶金法制备出与边刮刀匹配的硬质合金刀头2，将银基钎料剪成与硬质合金刀头2相匹配形状，然后将边刮刀刀体3、硬质合金刀头I和银基钎料装配好，如何装配为现有技术，本实施例不做具体描述。
[0031]b、将装配好的边刮刀刀体3、银基钎料、硬质合金刀头2置入仿形线圈I下面，调整位置，设定外控温仪测温点定位在边刮刀正中间U型槽旁边的钢基体上。设定升温过程控制曲线。
[0032]钎焊将装配体整体预热，将控温点温度设定为200°C，开始整体预热，升温到设定温度后，保温8min，完成预热；
[0033]预热结束后，开始喷洒粉末状钎剂，进入焊前保温过程，设定温度为400°C，升温到设定温度后，保温5m i η;
[0034]焊前保温结束后，升高温度至700°C，保温6min，开始钎焊，钎焊过程中依然喷洒钎剂促进钎料的流动；
[0035]C、钎焊完成后，降低钎焊功率，缓慢冷却，在温度为500°C保温8min，以防止冷却过快导致钢基体和硬质合金的残余应力过大；
[0036]当边刮刀工件温度低于500°C后，将边刮刀工件取出，置入电阻炉中做焊后热处理，保温温度为300°C，保温时间为5h，以降低焊接残余应力；
[0037]完成焊后热处理后，将边刮刀工件取出，待冷却后清理表面残渣，完成钎焊。
[0038]本实施例中所述步骤a中所用钢件材料为42CrMo钢，调质处理，硬度为28-36HRC;所用的硬质合金为YGllC或YG15C，硬度为80-88HRA;所用的钎料为银基定制银铜锌镍锰钎料，其中银的重量百分比含量为30%。
[0039]本实施例中所述仿形线圈I为铜线圈，所用红外测温仪为定制可控温系统，所用钎剂为银基钎料专用钎剂。
[0040]本实施例中仿形线圈I由弧形线圈构成，所述弧形线圈包括大弧形线圈和设置于大弧形线圈中间的小弧形线圈；所述大弧形线圈圆弧角度为50-65°，所述小弧形线圈的圆弧角度为30-40°，所述大弧形线圈和小弧形线圈的半径为478mm，所述边刮刀刀体的焊面的弧度的圆弧角度为50-65°，半径为465mm;所述弧形线圈和刮刀刀体的焊面的弧度的中心轴重合;本实施例的大弧形线圈设置为两个，小弧形线圈设置为一个，所述的两个大弧形线圈叠加，中间垂直距离为45mm，并设置于硬质合金刀头2的周边，所述小弧形线圈设置于硬质合金刀头2的上立而ο
[0041 ][实施例2]
[0042]如图1、图2所示的一种盾构机边刮刀感应钎焊方法，包括以下步骤:
[0043]a、将钢件锻打成弧形刀体毛坯，并且进行调质处理，用数控加工中心机加工成如图2所示边刮刀刀体3。通过粉末冶金法制备出与边刮刀匹配的硬质合金刀头2，将银基钎料剪成与硬质合金刀头2相匹配形状，然后将边刮刀刀体3、硬质合金刀头I和银基钎料装配好，如何装配为现有技术，本实施例不做具体描述。
[0044]b、将装配好的边刮刀刀体3、银基钎料、硬质合金刀头2置入仿形线圈I下面，调整位置，设定外控温仪测温点定位在边刮刀正中间U型槽旁边的钢基体上。设定升温过程控制曲线。
[0045]钎焊将装配体整体预热，将控温点温度设定为400°C，开始整体预热，升温到设定温度后，保温3min，完成预热；
[0046]预热结束后，开始喷洒粉末状钎剂，进入焊前保温过程，设定温度为600°C，升温到设定温度后，保温2min ；
[0047]焊前保温结束后，升高温度至900°C，保温2min，开始钎焊，钎焊过程中依然喷洒钎剂促进钎料的流动；
[0048]C、钎焊完成后，降低钎焊功率，缓慢冷却，在温度为700°C保温3min，以防止冷却过快导致钢基体和硬质合金的残余应力过大；
[0049]当边刮刀工件温度低于500°C后，将边刮刀工件取出，置入电阻炉中做焊后热处理，保温温度为500°C，保温时间为2h，以降低焊接残余应力；
[0050]完成焊后热处理后，将边刮刀工件取出，待冷却后清理表面残渣，完成钎焊。
[0051 ] 本实施例中所述步骤a中所用钢件材料为35CrMo钢，调质处理，硬度为28-36HRC;所用的硬质合金为YGllC或YG15C，硬度为80-88HRA;所用的钎料为银基定制银铜锌镍锰钎料，其中银的重量百分比含量为45%。
[0052]本实施例中所述仿形线圈I为铜线圈，所用红外测温仪为定制可控温系统，所用钎剂为银基钎料专用钎剂。
[0053]本实施例中仿形线圈I由弧形线圈构成，所述弧形线圈包括大弧形线圈和设置于大弧形线圈中间的小弧形线圈；所述大弧形线圈圆弧角度为50-65°，所述小弧形线圈的圆弧角度为30-40°，所述大弧形线圈和小弧形线圈的半径为478mm，所述边刮刀刀体的焊面的弧度的圆弧角度为50-65°，半径为465mm;所述弧形线圈和刮刀刀体的焊面的弧度的中心轴重合;本实施例的大弧形线圈设置为两个，小弧形线圈设置为一个，所述的两个大弧形线圈叠加，中间垂直距离为45mm，并设置于硬质合金刀头2的周边，所述小弧形线圈设置于硬质合金刀头2的上立而ο
[0054][实施例3]
[0055]如图1、图2所示的一种盾构机边刮刀感应钎焊方法，包括以下步骤:
[0056]a、将钢件锻打成弧形刀体毛坯，并且进行调质处理，用数控加工中心机加工成如图2所示边刮刀刀体3。通过粉末冶金法制备出与边刮刀匹配的硬质合金刀头2，将银基钎料剪成与硬质合金刀头2相匹配形状，然后将边刮刀刀体3、硬质合金刀头I和银基钎料装配好，如何装配为现有技术，本实施例不做具体描述。
[0057]b、将装配好的边刮刀刀体3、银基钎料、硬质合金刀头2置入仿形线圈I下面，调整位置，设定外控温仪测温点定位在边刮刀正中间U型槽旁边的钢基体上。设定升温过程控制曲线。
[0058]钎焊将装配体整体预热，将控温点温度设定为300°C，开始整体预热，升温到设定温度后，保温5min，完成预热；
[0059]预热结束后，开始喷洒粉末状钎剂，进入焊前保温过程，设定温度为500°C，升温到设定温度后，保温2.5min ；
[0060]焊前保温结束后，升高温度至800°C，保温4min，开始钎焊，钎焊过程中依然喷洒钎剂促进钎料的流动；
[0061]c、钎焊完成后，降低钎焊功率，缓慢冷却，在温度为600°C保温5min，以防止冷却过快导致钢基体和硬质合金的残余应力过大；
[0062]当边刮刀工件温度低于500°C后，将边刮刀工件取出，置入电阻炉中做焊后热处理，保温温度为400°C，保温时间为3h，以降低焊接残余应力；
[0063]完成焊后热处理后，将边刮刀工件取出，待冷却后清理表面残渣，完成钎焊。
[0064]本实施例中所述步骤a中所用钢件材料为40Cr钢，调质处理，硬度为28-36HRC;所用的硬质合金为YGllC或YG15C，硬度为80-88HRA;所用的钎料为Ag基定制银铜锌镍锰钎料，其中Ag含量为38%。
[0065]本实施例中所述仿形线圈I为铜线圈，所用红外测温仪为定制可控温系统，所用钎剂为银基钎料专用钎剂。
[0066]本实施例中仿形线圈I由弧形线圈构成，所述弧形线圈包括大弧形线圈和设置于大弧形线圈中间的小弧形线圈；所述大弧形线圈圆弧角度为50-65°，所述小弧形线圈的圆弧角度为30-40°，所述大弧形线圈和小弧形线圈的半径为478mm，所述边刮刀刀体的焊面的弧度的圆弧角度为50-65°，半径为465mm;所述弧形线圈和刮刀刀体的焊面的弧度的中心轴重合;本实施例的大弧形线圈设置为两个，小弧形线圈设置为一个，所述的两个大弧形线圈叠加，中间垂直距离为45mm，并设置于硬质合金刀头2的周边，所述小弧形线圈设置于硬质合金刀头2的上立而。
[0067]焊缝纤着率对比:通过光学显微镜观察焊缝的填充率，传统感应钎焊的焊接面钎着率为70 % -80 %且气孔较多，本实施例1、实施例2、实施例3的焊接面钎着率为90 %以上，气孔明显减少。
[0068]抗剪切强度对比:根据GB-T11363-2008钎焊接头强度试验方法测试钎焊接头强度。传统感应钎焊接头的剪切强度为230MPa-260MPa，而实施例1的钎焊接头的剪切强度为290MPa，实施例2的钎焊接头的剪切强度为300MPa，实施例3的钎焊接头的剪切强度为320MPa，本发明的抗剪切强度明显提高。
[0069]残余应力对比:测试方法为磁弹性法，利用磁力检测仪，根据铁磁体磁饱和过程中应力与磁化曲线之间的变化关系进行测定。传统感应钎焊温度达900°C以上，测试钎焊后的残余应力为150-200MPa，而实施例1的钎焊接头钎焊残余应力为80MPa，实施例2的钎焊接头钎焊残余应力为lOOMPa，实施例3的钎焊接头钎焊残余应力为llOMPa，本发明方法可明显降低异种材料钎焊的残余应力，增加了其在盾构施工过程中的使用寿命和耐磨性。
[0070]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。
【主权项】
1.一种盾构机边刮刀感应钎焊方法，其特征在于，包括以下步骤: a、将装配好的从上到下依次叠加的硬质合金刀头(2)、银基钎料、边刮刀刀体(3)的待焊接件置入仿形线圈(I)的下端，并与仿形线圈(I)贴合； b、焊接前预热； C、升温焊接； d、焊后热处理； 所述的仿形线圈(I)由弧形线圈构成，所述弧形线圈包括大弧形线圈和设置于大弧形线圈中间的小弧形线圈。2.根据权利要求1所述的一种盾构机边刮刀感应钎焊方法，其特征在于， b、焊接前预热:通过控温设备控制仿形线圈(I)缓慢升温，进行预热，预热温度为200-400°(:，时间为5-10分钟； c、升温焊接:通过控温设备控制仿形线圈(I)升温，边刮刀钎焊位置达到700-900°C时，保温3-8分钟，使硬质合金刀头(2)和边刮刀刀体(3)结合； d、焊后热处理:待钎焊好的工件温度降低到500°C以下后，放入电阻炉热处理2-5小时，热处理温度为300-500°C，完成焊后热处理后，将边刮刀工件取出，待冷却后清理表面残渣，完成奸焊。3.根据权利要求1所述的一种盾构机边刮刀感应钎焊方法，所述大弧形线圈圆弧角度为50-65°，所述小弧形线圈的圆弧角度为30-40°。4.根据权利要求1所述的一种盾构机边刮刀感应钎焊方法，其特征在于:所述的控温设备为红外测温仪器，所述步骤b和步骤c通过采用红外测温仪器对准边刮刀中部的硬质合金，通过该测温点的温度对加热温度、保温温度及时间进行控制。5.根据权利要求1所述的一种盾构机边刮刀感应钎焊方法，其特征在于:所述硬质合金刀头(2)为钨钴类硬质合金、钨钛钴类硬质合金、钨钛钽(铌)类硬质合金类的盾构机刀具硬质合金中的一种制成。6.根据权利要求1所述的一种盾构机边刮刀感应钎焊方法，其特征在于:所述边刮刀刀体(3)为合金钢，所述合金钢为35CrMo钢、40Cr钢及42CrMo钢的一种。7.根据权利要求1所述的一种盾构机边刮刀感应钎焊方法，其特征在于:所述银基钎料为包含银、铜、锌、镍、锰的复合钎料，其中，银的重量百分比为30 % -45 %。
【文档编号】B23K3/08GK105921838SQ201610506829
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月30日
【发明人】胡登文, 陈辉, 周磊, 江超, 刘艳, 朱忠尹
【申请人】四川广正科技有限公司