一種硬質合金刀具機器人釬焊方法與流程

本發明屬于焊接技術領域，特別涉及一種硬質合金刀具機器人釬焊方法。

背景技術：

硬質合金刀具在高速加工和盾構機等掘進機械中應用廣泛，其一般是將硬質合金釬焊到鋼制的刀具鋼坯上。現有技術中，發明專利文件(cn104588806a)公布了一種合金刀具的激光釬焊方法；發明專利文件(cn103008817a)公布了一種用于自動化釬焊的裝置。現有技術的共同特點為在釬焊前預先在釬焊工件上涂抹或放置釬料，然后再進行加熱釬焊。

然而，由于硬質合金與刀具鋼胚的熱膨脹系數差異大，釬焊難度很大，需要在釬焊過程中填充釬料以達到焊縫填充充分，才能達到良好的釬焊結合強度。目前，釬焊過程中填充釬料一般是手工填料，由于釬焊溫度很高，熱輻射厲害，對人體影響大，勞動強度高，嚴重制約了硬質合金刀具釬焊的效率。因此，需要通過自動化改造來改善硬質合金刀具釬焊環境，提高釬焊效率。

技術實現要素：

為了解決上述在硬質合金刀具釬焊過程中需要人工添加釬料的問題。本發明提供一種硬質合金刀具機器人釬焊方法，通過自動化填料代替人工填料，減少了人工勞動，增強了硬質合金刀具釬焊的效率。

本發明采用的技術方案如下：

一種硬質合金刀具機器人釬焊方法，包括如下步驟：

[1]將硬質合金安裝到刀具鋼胚的槽口位置，硬質合金與槽口之間安置了金屬網，所述硬質合金與刀具鋼胚裝配完成之后放置在基座平臺上；

[2]將帶狀釬料安裝到機器人手臂上，所述機器人手臂上配置可以控制帶狀釬料送絲速度的送絲輪和釬劑涂抹裝置，所述帶狀釬料前端對準并接觸所述硬質合金與刀具鋼胚之間的焊縫；

[3]用加熱裝置對所述硬質合金與刀具鋼胚進行加熱，使硬質合金與刀具鋼胚緩慢升溫到預熱溫度進行預熱，預熱后用所述釬劑涂抹裝置向所述焊縫噴灑釬劑，之后繼續加熱使硬質合金與刀具鋼胚升溫并維持在釬焊溫度；到達釬焊溫度后可維持釬焊溫度約6min后再行進下一步，從而使得釬焊刀具各個位置溫度均勻，溫差降低；

[4]控制所述機器人手臂的運動軌跡和速度，將帶狀釬料熔融后充分填充到所述硬質合金與刀具鋼胚之間的焊縫內，使得帶狀釬料充分潤濕和填充；

[5]完成步驟[4]后，對所述硬質合金與刀具鋼胚進行擠壓，從而使得釬焊焊縫達到良好的結合；

[6]完成步驟[5]后，對所述硬質合金與刀具鋼胚停止加熱，降溫之后對硬質合金與刀具鋼胚進行熱處理，以釋放釬焊應力。

采用該技術方案后，在釬焊過程中可以根據焊接工件熱膨脹的狀態改變添加釬料的位置和速度，因此可以使焊料更加完全充分地填充焊縫，達到更佳的釬焊效果；還可避免在不需要的地方添加過多的釬料，從而節約釬料；此外本技術方案在釬焊過程中以機器人手臂自動填充釬料，降低了人工勞動強度，具有良好的可達性，提高了工作效率；通過在釬焊焊縫放置中間金屬網層，有利于釬焊過程中帶狀釬料的流動，對焊縫充分填充，焊接強度高，有利于實現釬焊的自動化。

優選的，步驟[3]-[5]中所述加熱裝置是電感加熱。使用電感加熱的優勢是：加熱速度快，氧化層極少，可實現自動控制溫度以及安全。

優選的，步驟[3]-[5]中所述加熱裝置配置有紅外測溫設備，紅外測溫設備的紅外測溫點設置在所述硬質合金與刀具鋼胚(2)之間焊接面的裸露部分的中心位置。使用紅外控溫設備的優勢是簡單準確，且測溫不接觸工件。測溫點設置在第二塊硬質合金塊上，可消除加熱中兩側溫度偏高的影響，使得焊縫處的溫度控制更加準確。

優選的，所述硬質合金可以是鎢鈷類硬質合金、鎢鈦鈷類硬質合金或鎢鈦鉭(鈮)類硬質合金。這些合金的硬度可以達到刀具的使用要求。

優選的，所述鋼胚的材料為35crmo鋼、40cr鋼或42crmo鋼，所述鋼胚材料硬度為30-35hrc。這些鋼材的性能符合作為刀具鋼胚的要求。

優選的，步驟[1]中所述金屬網是鐵基、銅基或鎳基篩網，金屬網目數為40-200目。這些規格的金屬網具有最佳的輔助焊料流動及填充焊縫的效果。

優選的，步驟[2]中所述帶狀釬料為含有銀、銅、鋅、鎳和錳的復合帶狀釬料，銀的重量百分比為30％-45％；所述帶狀釬料厚度為0.2-0.3mm，寬度為15-30mm。此規格的釬料適用于鋼材與硬質合金之間的釬焊，且有利于實現釬料的緩慢勻速輸送，充分浸潤和填充焊縫，增強釬焊效果。

進一步優選的，步驟[4]中所述帶狀釬料送料速度為8-20m/min，所述機器人手臂沿焊縫運動速度為40-80mm/min。采用所述送料速度與機械手臂運動速度可實現帶狀釬料的緩慢勻速輸送，充分浸潤和填充焊縫，增強釬焊效果。

進一步優選的，步驟[3]中所述預熱溫度為200-400℃，預熱時間為5-10分鐘；所述釬焊溫度為700-900℃。該溫度設置綜合考慮了帶狀釬料的熔點與釬焊工件的物性的特點，能夠達到最佳的釬焊效果。

優選的，步驟[6]停止加熱后，待所述硬質合金與刀具鋼胚溫度降至500℃以下，將硬質合金與刀具鋼胚轉移至箱式電阻爐中，控制溫度為300-500℃進行熱處理2-5小時。采用所述熱處理過程可以有效釋放焊接殘余應力，使釬焊效果更好。

綜上所述，由于采用了上述技術方案，本發明的有益效果是：

1.將裝配過程中在焊縫內預置焊料的方法，改為在釬焊過程中向焊縫緩慢添加釬料，由于這種填料方式在釬焊過程中可以根據焊接工件熱膨脹的狀態改變添加釬料的位置和速度，因此可以使焊料更加完全充分地填充焊縫，達到更佳的釬焊效果；此外采用這種方式后，可避免在不需要的地方添加過多的釬料，從而節約釬料；

2.通過將釬料安裝到機器人手臂上，實現了在釬焊過程中自動填充釬料，取代了釬焊過程中的人工填充釬料,從而提高了生產的安全性；此外用機械自動化填料還具有比人工填充更高的工作效率；

3.通過在釬焊焊縫放置中間金屬網層，有利于釬焊過程中釬料的流動，對焊縫充分填充，焊接強度高，有利于實現釬焊的自動化。

附圖說明

本發明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中：

圖1是實施本發明方法的裝置的示意圖；

圖2是本發明中刀具鋼胚的示意圖。

具體實施方式

本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。

下面結合圖1、圖2對本發明作詳細說明。

實施例1

將42crmo鋼鋼件鍛打成刀體毛坯，并且進行調質處理，使其硬度為30-35hrc。用數控加工中心機加工成如圖2所示形狀。通過粉末冶金法制備出與刀體匹配的鎢鈷類硬質合金(yg15c，硬度80-88hra)刀頭。金屬網選用銅基篩網，目數為100目。帶狀釬料(5)為含有銀、銅、鋅、鎳和錳的復合帶狀釬料，銀的重量百分比為30％；所述帶狀釬料(5)厚度為0.2mm，寬度為15mm。釬劑選用銀基帶狀釬料102專用釬劑。

加熱裝置選用電感加熱，加熱裝置配置有紅外測溫設備。

釬焊過程為：

[1]將硬質合金安裝到刀具鋼胚(2)的槽口位置(7)，硬質合金與槽口之間安置了金屬網，裝配過程為現有技術，本實施例不做具體描述。所述硬質合金與刀具鋼胚(2)裝配完成之后放置在基座平臺(1)上，將裝配好的硬質合金和刀具鋼胚(2)放入感應線圈(3)中的合適位置；

[2]將帶狀釬料(5)安裝到機器人手臂(6)上，所述機器人手臂(6)上配置送絲輪和釬劑涂抹裝置(4)，所述帶狀釬料(5)前端對準并接觸所述硬質合金與刀具鋼胚(2)之間的焊縫；

[3]紅外測溫儀測溫點定位在所述硬質合金與刀具鋼胚(2)之間焊接面的裸露部分的中心位置，設定升溫過程控制曲線。緩慢升溫到200℃，開始整體預熱，保溫8min，完成預熱；預熱結束后，開始噴灑粉末狀釬劑；控制溫度升高至700℃，保溫6min；

[4]開始釬焊，控制所述機器人手臂(6)沿著所述硬質合金與刀具鋼胚(2)之間的焊縫運動，運動速度為40mm/min；控制帶狀釬料送料速度為8m/min，將帶狀釬料(5)充分填充到所述硬質合金與刀具鋼胚(2)之間的焊縫內；

[5]完成步驟[4]后，將機器人手臂(6)高度提升使其離開刀具工件，使用鐵棒或銅棒對所述硬質合金與刀具鋼胚(2)進行擠壓；

[6]釬焊完成后，降低感應加熱功率，緩慢冷卻，在刀具測溫點溫度低于500℃后，將刀具工件取出，放入箱式電阻爐中做焊后熱處理，熱處理溫度為300℃，熱處理時間為5h，以降低焊接殘余應力。

完成步驟[6]熱處理后，將刀具工件取出，待冷卻后清理表面殘渣，釬焊完成。

實施例2

將35crmo鋼鋼件鍛打成刀體毛坯，并且進行調質處理，使其硬度為30-35hrc。用數控加工中心機加工成如圖2所示形狀。通過粉末冶金法制備出與刀體匹配的鎢鈷類硬質合金(yg11c，硬度80-88hra)刀頭。金屬網選用鐵基篩網，目數為40目。帶狀釬料(5)為含有銀、銅、鋅、鎳和錳的復合帶狀釬料，銀的重量百分比為45％；所述帶狀釬料(5)厚度為0.3mm，寬度為30mm。釬劑選用銀基帶狀釬料102專用釬劑。

加熱裝置選用電感加熱，加熱裝置配置有紅外測溫設備。

釬焊過程為：

[1]將硬質合金安裝到刀具鋼胚(2)的槽口位置(7)，硬質合金與槽口之間安置了金屬網，裝配過程為現有技術，本實施例不做具體描述。所述硬質合金與刀具鋼胚(2)裝配完成之后放置在基座平臺(1)上，將裝配好的硬質合金和刀具鋼胚(2)放入感應線圈(3)中的合適位置；

[2]將帶狀釬料(5)安裝到機器人手臂(6)上，所述機器人手臂(6)上配置送絲輪和釬劑涂抹裝置(4)，所述帶狀釬料(5)前端對準并接觸所述硬質合金與刀具鋼胚(2)之間的焊縫；

[3]紅外測溫儀測溫點定位在所述硬質合金與刀具鋼胚(2)之間焊接面的裸露部分的中心位置，設定升溫過程控制曲線。緩慢升溫到400℃，開始整體預熱，保溫10min，完成預熱；預熱結束后，開始噴灑粉末狀釬劑；控制溫度升高至900℃，保溫6min；

[4]開始釬焊，控制所述機器人手臂(6)沿著所述硬質合金與刀具鋼胚(2)之間的焊縫運動，運動速度為80mm/min；控制帶狀釬料送料速度為20m/min，將帶狀釬料(5)充分填充到所述硬質合金與刀具鋼胚(2)之間的焊縫內；

[5]完成步驟[4]后，將機器人手臂(6)高度提升使其離開刀具工件，使用鐵棒或銅棒對所述硬質合金與刀具鋼胚(2)進行擠壓；

[6]釬焊完成后，降低感應加熱功率，緩慢冷卻，在刀具測溫點溫度低于500℃后，將刀具工件取出，放入箱式電阻爐中做焊后熱處理，熱處理溫度為500℃，熱處理時間為2h，以降低焊接殘余應力。

完成步驟[6]熱處理后，將刀具工件取出，待冷卻后清理表面殘渣，釬焊完成。

實施例3

將40cr鋼鋼件鍛打成刀體毛坯，并且進行調質處理，使其硬度為30-35hrc。用數控加工中心機加工成如圖2所示形狀。通過粉末冶金法制備出與刀體匹配的鎢鈦鈷類硬質合金刀頭。金屬網選用鎳基篩網，目數為200目。帶狀釬料(5)為含有銀、銅、鋅、鎳和錳的復合帶狀釬料，銀的重量百分比為40％；所述帶狀釬料(5)厚度為0.2mm，寬度為15mm。釬劑選用銀基帶狀釬料102專用釬劑。

加熱裝置選用電感加熱，加熱裝置配置有紅外測溫設備。

釬焊過程為：

[1]將硬質合金安裝到刀具鋼胚(2)的槽口位置(7)，硬質合金與槽口之間安置了金屬網，裝配過程為現有技術，本實施例不做具體描述。所述硬質合金與刀具鋼胚(2)裝配完成之后放置在基座平臺(1)上，將裝配好的硬質合金和刀具鋼胚(2)放入感應線圈(3)中的合適位置；

[2]將帶狀釬料(5)安裝到機器人手臂(6)上，所述機器人手臂(6)上配置送絲輪和釬劑涂抹裝置(4)，所述帶狀釬料(5)前端對準并接觸所述硬質合金與刀具鋼胚(2)之間的焊縫；

[3]紅外測溫儀測溫點定位在所述硬質合金與刀具鋼胚(2)之間焊接面的裸露部分的中心位置，設定升溫過程控制曲線。緩慢升溫到300℃，開始整體預熱，保溫5min，完成預熱；預熱結束后，開始噴灑粉末狀釬劑；控制溫度升高至900℃，保溫6min；

[4]開始釬焊，控制所述機器人手臂(6)沿著所述硬質合金與刀具鋼胚(2)之間的焊縫運動，運動速度為60mm/min；控制帶狀釬料送料速度為15m/min，將帶狀釬料(5)充分填充到所述硬質合金與刀具鋼胚(2)之間的焊縫內；

[5]完成步驟[4]后，將機器人手臂(6)高度提升使其離開刀具工件，使用鐵棒或銅棒對所述硬質合金與刀具鋼胚(2)進行擠壓；

[6]釬焊完成后，降低感應加熱功率，緩慢冷卻，在刀具測溫點溫度低于500℃后，將刀具工件取出，放入箱式電阻爐中做焊后熱處理，熱處理溫度為400℃，熱處理時間為4h，以降低焊接殘余應力。

完成步驟[6]熱處理后，將刀具工件取出，待冷卻后清理表面殘渣，釬焊完成。

如上所述即為本發明的實施例。本發明不局限于上述實施方式，任何人應該得知在本發明的啟示下做出的結構變化，凡是與本發明具有相同或相近的技術方案，均落入本發明的保護范圍之內。