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焊接案例:钨钢焊接高速钢冲头

浏览:10 发表时间:2020-03-13 00:00:00 来源: 大为工业科技



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项目综述

    钨钢冲头适用于五金机电加工行业,一般安装在冲压模具上的作冲裁用,使材料发生分离或塑性变形,从而获得所需的零件。其中钨钢作为典型的高硬度和高强度工具材料,其具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损耐用和抗弯强度好的特性,因钨钢的提炼、制取及生产烧结工艺复杂,又因钨是稀有贵金属,属战略战备物资,使其价格比常用合金钢材贵许多。鉴于此,处于成本及性能的考虑,常将钨钢与其它常用钢材通过焊接的方法制成钨钢合金工具,得以在保证性能的前提下大幅的降低成本。

图1 成品示意图


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来料检测

分别测量钨钢及高速钢部分硬度是否符合来料要求,测试硬度数据分别为HRA90与HRC60(见下图)。

图2 硬度测试图



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焊接材料

    将直径φ8的钨钢和高速钢棒料分别切成φ8x8mm及φ8x92mm圆柱体,并将两端面磨光,且保证两端面平行(见图)。然后再用超声波清洗设备及体积百分数为95%的乙醇溶液清洗材料柱体及两端面。

图3 来料加工示意


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原子扩散焊接

将准备好的材料使用专用治具装夹后放入原子扩散焊设备内焊接。大为原子扩散焊设备是一款基于原子级别的高端焊接设备,可实现同种金属或不同金属的无缝接合,适用于各种金属材质的精密零件或工业制品的焊接;焊接时不需要借助焊丝、钎料、助焊剂等辅助材料,焊接的产品强度高、无焊疤、焊接面光滑平整、变形量微小、可实现高精度焊接,并具有整面焊接的优点。

图4 焊接成品



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性能测试

    大为工业会从该生产批次中抽出部分焊接成品进行如下无损及破坏性测试,以确保该批次产品的各方性能均满足客户使用需求。

Ø 超声波探伤焊面检测

    使用超声波探伤设备检测焊面是否存在气泡、孔洞等缺陷。从下图超声波探伤图可看出高速钢与钨钢焊接处无明显可见缺陷波幅,初步判断满足要求。

图5 超声波探伤

Ø 显微镜焊缝检测

    使用显微镜检测钨钢与高速钢接缝处是否存在裂纹等缺陷。从以下高倍显微镜图中可看出焊接处未见裂纹等缺陷,初步判断合格。

图6 显微镜检测

Ø 洛氏硬度试验

    使用洛氏硬度计在焊接好的成品中依次打点检测圆柱表面的硬度在经焊接后是否发生明显变化,通过下图可判断经焊后材料整体硬度与原材料硬度无明显变化,初步判断该参数正常。

图7 洛氏硬度检测

Ø 高低温冲击试验

    使用高低温试验设备将焊接好的产品在-70~+300℃的环境中反复进行高低温冲击测试,用于检验产品内部是否存在致命缺陷及对产品进行耐疲劳冲击测试。

图8 高低温冲击测试

Ø 焊面剪切破坏性试验

    使用5吨剪切力试验机将焊接好的产品延焊缝处进行剪切力破坏测试,以更直观的方式检验焊件的焊接强度,通过下图剪切数值(分别为252.4Mpa307.3Mpa276.1Mpa)初步判断该强度可满足客户要求。

图9 剪切测试




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客户使用反馈

    该客户冲头的应用场景为 热冲不锈钢材料,深度为8mm。根据客户使用反馈,该批次冲头平均使用寿命为9万次,该客户原整体高速钢冲头使用寿命大约为2万次。通过上述数据分析经大为焊接后的冲棒材料使用寿命约为整体高速钢材料的4~5倍,极大的降低了生产成本及大幅提升生产效率。

表1 产品使用寿命对比

热冲不锈钢、冲击深度8mm

大为焊接冲头

普通高速钢冲头

累计寿命约9w

累计寿命约2w

 

冲头/冲棒类产品应用主要包含以下参数信息,但以下参数涉及该客户产品保密问题,所以无法展示下列参数信息。


表2 冲头/冲棒应用参数

公称力

冲压频率

材料周长

材料厚度

材料牌号

材料硬度

抗剪强度

KN

次/分钟

mm

mm

/

/

Mpa

 





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