一种气氛保护钎焊盾构刀具工艺的制作方法

本发明涉及地下工程应用中的盾构刀具技术领域，具体涉及一种气氛保护钎焊盾构刀具工艺。

背景技术：

在地下工程领域，盾构法施工的应用越来越广泛。盾构机工作时盾构机刀盘旋转带动其上各种刀具完成对土体的开挖。盾构刀盘、刀具是直接与岩屑、岩石接触的零件，易磨损而需要及时更换。盾构机的刀具分为滚刀和合金刀具，合金刀具又分为刮刀、切刀、中心鱼尾刀及先行刀等。其中，合金刀具的钎焊质量又直接影响到合金刀具的质量，同时影响到盾构机的切削效果及掘进速度。这就要求盾构合金刀具的要有很高的焊接质量。

传统的盾构机合金刀具的钎焊工艺过程为：采用中频钎焊设备，制作合适的钎焊感应器，通过加热刀体、硬质合金和银铜焊片的方式直接钎焊，钎焊过程中需经常补加防氧化剂来保证焊接质量。钎焊过程多依靠焊接人员的经验和熟练程度，钎焊硬质合金易出现断裂、焊缝有夹渣裂纹、钎焊合金整体脱落的现象，从而需要频繁更换新的盾构机合金刀具，耗费大量人力、财力和物力，造成使用成本较高。因此，迫切需要提高钎焊工艺，保证焊接盾构合金刀具。

技术实现要素：

本发明提出了一种气氛保护钎焊盾构刀具工艺，解决了钎焊后焊缝有夹渣裂纹、钎焊合金整体脱落的现象，提高焊接强度和效率。

实现本发明的技术方案是：

一种气氛保护钎焊盾构刀具工艺，步骤如下：

（a）将刀体（4）、硬质合金（2）和银铜焊片利用超声波清洗；

（b）刀体（4）、硬质合金（2）和银铜焊片组装成装配体，硬质合金（2）表面涂抗氧化钎焊剂；组成装配体后，涂抗氧化钎焊剂（银钎焊溶剂，金华市金瑞焊材有限公司），是一种粉状的物体，和水混合均匀后涂在表面，防止高温环境的氧化，减少焊缝氧化；

（c）将步骤（b）的装配体封装在石墨模具（1）中，组成石墨组合体；

（d）将石墨组合体在气氛保护炉内按层摆放均匀，然后按设定钎焊工艺进行加热及钎焊；

（e）步骤（d）加热到焊接温度后，采用炉内的强制冷风机使石墨组合体的温度低于钎焊温度30-50℃；

（f）石墨组合体随炉冷却至100-200℃后出炉，降至室温后拆除石墨模具；对钎焊后的刀体进行表面淬火处理，装配体焊接耐磨层（5），得到钎焊盾构刀具。

所述步骤（a）中超声波清洗将刀体（4）、硬质合金（2）和银铜焊片置于丙酮溶液中浸泡10-60min，超声震动清洗。

所述步骤（b）中刀体（4）、硬质合金（2）和银铜焊片之间的装配间隙控制在0.05mm以内。

所述步骤（a）中银铜焊片由以下质量百分比的组分组成：ag30%-45%、cu20%-30%、si5%-10%、zn10%-15%、mn2%-3%、ni8%-10%、sn2%-4%、pt0%-10%。

所述硬质合金（2）中碳化钨含量为6-15wt%。

所述步骤（d）保护气体为惰性气体，气氛保护炉内氧含量在20ppm以下。

所述步骤（d）焊接温度为580-730℃，到达焊接温度后，保温1-20秒后，利用强制冷风机快速冷却30-50℃，强制冷风机的风速1-10m/s，冷却温度到达后，停止冷风机冷却。

所述步骤（f）表面淬火处理为对将刀体加热至500-600℃，并对加热区域进行喷淋淬火液迅速冷却。

所述耐磨层（5）材料为wc粉末，其中wc含量在35-70wt%。

所述的石墨模具组合后可包围整个刀体，石墨组合模具可重复多次使用。

本发明的有益效果是：

（1）采用气氛保护钎焊方式，减少焊接过程中焊缝氧化概率，降低焊缝夹渣、裂纹，提高焊接强度。

（2）采用石墨模具封装后焊接，气氛保护炉内一次可焊接数百个刀具，提高焊接效率。

（3）焊接过程主要焊接工艺和自动化设备控制，减少人为因素影响，保证焊接质量的一致性。

（4）采用炉内的强制冷风机使石墨组合体的温度低于钎焊温度30-50度，可以迅速降低已熔化的银铜焊片的流动性，保证焊缝的充盈度。

（5）采用表面淬火处理，可以增加刀体的耐磨性，延长刀具使用时间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为盾构合金刀具石墨组合体的侧向结构示意图。

图2为盾构合金刀具石墨组合体的正向结构示意图。

图3为盾构合金刀具装配体焊接耐磨层示意图。

其中，石墨模具（1）、硬质合金（2）、钎焊焊缝（3）、刀体（4）、耐磨层（5）。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种气氛保护钎焊盾构刀具工艺，步骤如下：

（a）将刀体4、硬质合金2和银铜焊片置于丙酮溶液中浸泡10min，超声震动清洗；其中银铜焊片由以下质量百分比的组分组成：ag30%、cu30%、si10%、zn10%、mn2%、ni8%、sn4%、pt6%；硬质合金2中碳化钨含量为6wt%；

（b）刀体4、硬质合金2和银铜焊片组装成装配体，组成钎焊件的各零件的装配间隙控制在0.05mm以内，焊接后空隙被钎焊焊缝3填充，硬质合金2表面涂抗氧化钎焊剂；组成装配体后，涂抗氧化钎焊剂（银钎焊溶剂，金华市金瑞焊材有限公司），是一种粉状的物体，和水混合均匀后涂在表面，防止高温环境的氧化，减少焊缝氧化；

（c）将步骤（b）的装配体封装在石墨模具1中，组成石墨组合体；

（d）将石墨组合体在气氛保护炉内按层摆放均匀，通入惰性气体，确保气氛保护炉内氧含量在20ppm以下，然后按设定钎焊工艺进行加热及钎焊；

（e）步骤（d）加热到焊接温度580℃后，保温20秒后，采用炉内的强制冷风机使石墨组合体的温度低于钎焊温度30℃，即降温至550℃，强制冷风机的风速1m/s，冷却温度到达后，停止冷风机冷却后；

（f）石墨组合体随炉冷却至100℃后出炉，降至室温后拆除石墨模具；对钎焊后的刀体进行表面淬火处理，表面淬火处理为对将刀体加热至500℃，并对加热区域进行喷淋淬火液迅速冷却，装配体焊接耐磨层5，耐磨层材料为wc粉末，其中wc含量在35wt%，得到钎焊盾构刀具。

实施例2

一种气氛保护钎焊盾构刀具工艺，步骤如下：

（a）将刀体4、硬质合金2和银铜焊片置于丙酮溶液中浸泡30min，超声震动清洗；其中银铜焊片由以下质量百分比的组分组成：ag45%、cu20%、si5%、zn10%、mn3%、ni9%、sn2%、pt6%；硬质合金2中碳化钨含量为10wt%；

（b）刀体4、硬质合金2和银铜焊片组装成装配体，组成钎焊件的各零件的装配间隙控制在0.05mm以内，硬质合金2表面涂抗氧化钎焊剂；组成装配体后，涂抗氧化钎焊剂（银钎焊溶剂，金华市金瑞焊材有限公司），是一种粉状的物体，和水混合均匀后涂在表面，防止高温环境的氧化，减少焊缝氧化；

（c）将步骤（b）的装配体封装在石墨模具1中，组成石墨组合体；

（d）将石墨组合体在气氛保护炉内按层摆放均匀，通入惰性气体，确保气氛保护炉内氧含量在20ppm以下，然后按设定钎焊工艺进行加热及钎焊；

（e）步骤（d）加热到焊接温度650℃后，保温10秒后，采用炉内的强制冷风机使石墨组合体的温度低于钎焊温度40℃，强制冷风机的风速5m/s，冷却温度到达后，停止冷风机冷却后；

（f）石墨组合体随炉冷却至150℃后出炉，降至室温后拆除石墨模具；对钎焊后的刀体进行表面淬火处理，表面淬火处理为对将刀体加热至550℃，并对加热区域进行喷淋淬火液迅速冷却，装配体焊接耐磨层5，耐磨层材料为wc粉末，其中wc含量在45wt%，得到钎焊盾构刀具。

实施例3

一种气氛保护钎焊盾构刀具工艺，步骤如下：

（a）将刀体4、硬质合金2和银铜焊片置于丙酮溶液中浸泡60min，超声震动清洗；其中银铜焊片由以下质量百分比的组分组成：ag40%、cu25%、si8%、zn12%、mn2.5%、ni9%、sn3.5%；硬质合金2中碳化钨含量为15wt%；

（b）刀体4、硬质合金2和银铜焊片组装成装配体，组成钎焊件的各零件的装配间隙控制在0.05mm以内，硬质合金2表面涂抗氧化钎焊剂；组成装配体后，涂抗氧化钎焊剂（银钎焊溶剂，金华市金瑞焊材有限公司，qj102），是一种粉状的物体，和水混合均匀后涂在表面，防止高温环境的氧化，减少焊缝氧化；

（c）将步骤（b）的装配体封装在石墨模具1中，组成石墨组合体；

（d）将石墨组合体在气氛保护炉内按层摆放均匀，通入惰性气体，确保气氛保护炉内氧含量在20ppm以下，然后按设定钎焊工艺进行加热及钎焊；

（e）步骤（d）加热到焊接温度730℃后，保温1秒后，采用炉内的强制冷风机使石墨组合体的温度低于钎焊温度50℃，强制冷风机的风速10m/s，冷却温度到达后，停止冷风机冷却后；

（f）石墨组合体随炉冷却至200℃后出炉，降至室温后拆除石墨模具；对钎焊后的刀体进行表面淬火处理，表面淬火处理为对将刀体加热至600℃，并对加热区域进行喷淋淬火液迅速冷却，装配体焊接耐磨层5，耐磨层材料为wc粉末，其中wc含量在70wt%，得到钎焊盾构刀具。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。