텅스텐 카바이드를 강철에 용접하는 방법

1. 브레이징 용접 속성: 

공구강에는 일반적으로 탄소 공구강, 합금 공구강 및 고속강이 포함되며 초경합금은 탄화물(예 울프람 카바이드, TiC 등) 및 분말을 통해 금속(Co 등)을 접합하는 기술입니다. 공구강과 초경합금의 브레이징 용접 기술 또는 텅스텐 카바이드 의 제조에 주로 사용됩니다. 절단 도구, 금형, 측정 도구 및 마이닝 도구. 이 기사에서는 텅스텐 카바이드 또는 초경합금의 용접에 대해 자세히 소개합니다.

공구강 브레이징 용접의 주요 문제는 브레이징 공정에 따라 구조와 성능이 쉽게 영향을 받는다는 것입니다. 브레이징 용접 공정이 부적절하면 고온 어닐링, 산화 및 탈탄과 같은 문제가 발생하기 쉽습니다. 예를 들어 고속강 W18Cr4V의 담금질 온도는 1260-1280℃입니다. 위의 문제를 방지하고 절단 중 최대 경도와 내마모성을 보장하려면 브레이징 온도를 담금질 온도에 맞게 조정해야 합니다.

초경합금의 브레이징 특성은 좋지 않습니다. 이는 초경합금의 탄소 함량이 높고 청소되지 않은 표면에는 종종 더 많은 자유 탄소가 포함되어있어 납땜 재료의 습윤을 방해하기 때문입니다. 또한 초경합금은 브레이징 온도에서 쉽게 산화되어 산화막을 형성하며, 이는 브레이징 필러 금속의 습윤에도 영향을 미칩니다. 따라서 초경합금에 대한 브레이징 필러 금속의 습윤성을 개선하려면 브레이징 전 표면 청소가 매우 중요합니다. 필요한 경우 표면 구리 도금 또는 니켈 도금과 같은 조치를 취할 수도 있습니다.

초경합금 브레이징 또는 텅스텐 카바이드 용접의 또 다른 문제점은 접합부에 균열이 발생하기 쉽다는 것입니다. 이는 선팽창 계수가 저탄소 강철의 절반에 불과하기 때문입니다. 초경합금을 이러한 강철의 기판과 브레이징하면 접합부에 큰 열 응력이 발생하여 접합부에 균열이 발생합니다. 따라서 초경합금을 다른 재료와 브레이징할 때는 균열 방지 조치를 취해야 합니다.

2. 용접 재료 브레이징:

(1) 브레이징 필러 금속 순수 구리, 구리-아연 및 은-구리 브레이징 필러는 일반적으로 공구강 및 초경합금 브레이징에 사용됩니다. 순수 구리는 다양한 초경합금에 대해 우수한 습윤성을 가지고 있지만 최상의 효과를 얻으려면 수소 환원 분위기에서 브레이징해야 합니다. 동시에 높은 브레이징 온도로 인해 조인트의 응력이 커서 균열이 발생하는 경향이 증가합니다. 순수 구리로 브레이징 된 조인트의 전단 강도는 약 150MPa이고 조인트 가소성도 높지만 고온 작업에는 적합하지 않습니다.

구리-아연 브레이징 필러 금속은 공구강 및 초경합금 브레이징에 가장 일반적으로 사용되는 브레이징 필러 금속입니다. 브레이징 필러 금속의 습윤성과 접합부의 강도를 향상시키기 위해 Mn, Ni, Fe와 같은 합금 원소가 브레이징 필러 금속에 첨가되는 경우가 많습니다. 예를 들어, B-Cu58ZnMn에는 4% w(Mn)이 포함되어 있어 초경합금 브레이징 조인트의 전단 강도가 실온에서 300-320MPa에 달하며 320°C에서도 220-240MPa를 유지할 수 있습니다. B-Cu58ZnMn에 소량의 Co를 첨가하면 브레이징 조인트의 전단 강도가 350MPa에 도달할 수 있으며 충격 인성과 피로 강도가 높아 절삭 공구 및 암반 드릴링 공구의 수명을 크게 향상시킵니다.

 은-구리 브레이징 필러 금속은 융점이 낮고 브레이징 조인트에서 발생하는 열 응력이 작아 브레이징 중 초경합금의 균열 경향을 줄이는 데 도움이 됩니다. 브레이징 필러 금속의 습윤성을 개선하고 조인트의 강도와 작동 온도를 높이기 위해 Mn 및 Ni와 같은 합금 원소가 종종 브레이징 필러 금속에 첨가됩니다. 예를 들어, B-Ag50CuZnCdNi 브레이징 필러 금속은 초경합금에서 우수한 습윤성을 가지며 브레이징 조인트는 포괄적인 성능이 우수합니다.

위의 세 가지 유형의 브레이징 필러 외에도 500°C 이상의 초경합금 작업 및 높은 접합 강도 요구 사항이 있는 경우 B-Mn50NiCuCrCo 및 B-Ni75CrSiB와 같은 Mn 기반 및 Ni-기반 브레이징 필러를 사용할 수 있습니다. 고속 강철의 브레이징을 위해서는 담금질 온도와 일치하는 브레이징 온도를 가진 특수 브레이징 필러 금속을 선택해야 하며, 표 3에서와 같이 이러한 유형의 브레이징 필러 금속은 두 가지 범주로 나뉩니다. 하나는 주로 페로망간과 붕사로 구성된 페로망간 브레이징 필러 금속입니다. 브레이징 조인트의 전단 강도는 일반적으로 약 100MPa이지만 조인트는 균열이 발생하기 쉽습니다. 다른 하나는 Ni, Fe, Mn 및 Si를 포함하는 특수 구리 합금입니다. 브레이징된 조인트는 균열이 생기기 쉽지 않으며 전단 강도를 300MPa까지 높일 수 있습니다.

(2) 브레이징 플럭스 및 차폐 가스 브레이징 플럭스의 선택은 용접 할 기본 재료 및 선택한 브레이징 필러 금속과 일치해야합니다. 공구강과 초경합금을 브레이징 할 때 사용되는 브레이징 플럭스는 주로 붕사와 붕산이며 일부 불소 (KF, NaF, CaF2 등)이 추가됩니다. 구리-아연 브레이징 필러 금속에는 FB301, FB302 및 FBl05 브레이징 플럭스가 장착되며, 은-구리 브레이징 필러 금속에는 FBl01~FBl04 브레이징 플럭스가 장착됩니다. 특수 브레이징 필러 금속으로 고속 강철을 브레이징할 때는 주로 붕사 브레이징 플럭스가 사용됩니다.

브레이징 가열 중 공구강의 산화를 방지하고 브레이징 후 세척을 피하기 위해 가스 차폐 브레이징을 사용할 수 있습니다. 차폐 가스는 불활성 가스 또는 환원 가스일 수 있으며 가스의 이슬점은 -40°C보다 낮아야 합니다. 초경합금은 수소 보호 상태에서 납땜할 수 있으며, 필요한 수소의 이슬점은 -59°C보다 낮아야 합니다.

3. 브레이징 기술:

공구강은 브레이징 전에 세척해야 하며, 브레이징 필러 금속과 브레이징제의 습윤 및 확산을 용이하게 하기 위해 가공된 표면이 너무 매끄러울 필요는 없습니다. 초경합금의 표면은 브레이징 전에 실리콘 카바이드 또는 다이아몬드 연마 휠로 샌드 블라스팅하거나 연마하여 표면의 과도한 탄소를 제거하여 브레이징 중에 브레이징 필러 금속에 젖을 수 있도록 해야 합니다. 티타늄 카바이드를 함유한 초경합금은 젖히기가 더 어렵습니다. 표면에 산화 구리 또는 니켈 산화물 페이스트를 코팅하고 환원 분위기에서 구워 구리 또는 니켈이 표면으로 전이되도록 하면 브레이징 필러 금속의 습윤성이 향상됩니다.

탄소 공구강 브레이징은 담금질 공정 전 또는 동시에 수행하는 것이 가장 좋습니다. 담금질 공정 전에 브레이징을 수행하는 경우, 사용되는 브레이징 필러 금속의 고체 온도는 담금질 온도 범위보다 높아야 용접부가 담금질 온도로 재가열되었을 때에도 충분히 높은 강도를 유지하여 실패하지 않습니다. 브레이징과 담금질을 함께 수행하는 경우, 담금질 온도에 가까운 응고 온도를 가진 브레이징 필러 금속을 선택해야 합니다. 합금 공구강은 다양한 조성을 가지고 있습니다. 우수한 접합 성능을 얻으려면 특정 강종에 따라 적절한 브레이징 필러 금속, 열처리 공정 및 브레이징과 열처리 공정을 결합하는 기술을 결정해야 합니다.

고속강의 담금질 온도는 일반적으로 은-구리 및 구리-아연 브레이징 필러 금속의 용융 온도보다 높습니다. 따라서 브레이징 전에 담금질하고 2차 템퍼링 중 또는 후에 브레이징해야 합니다. 브레이징 후 담금질을 수행해야 하는 경우 앞서 언급한 특수 브레이징 필러 금속만 브레이징에 사용할 수 있습니다. 고속 강철 공구를 브레이징할 때는 코크스로를 사용하는 것이 더 적절합니다. 브레이징 필러 금속이 녹으면 공구를 꺼내 즉시 압력을 가하여 여분의 브레이징 필러 금속을 짜낸 다음 오일 담금질 한 다음 550-570 ℃에서 템퍼링합니다.

카바이드 블레이드와 강철 공구 홀더를 브레이징 할 때는 브레이징 간격을 늘리고 브레이징 간격에 플라스틱 보상 개스킷을 적용하고 용접 후 천천히 냉각하여 브레이징 응력을 줄이고 균열을 방지하며 카바이드 공구 부품의 서비스 수명을 연장하는 것이 좋습니다. 브레이징 후 용접물의 플럭스 잔여물은 뜨거운 물 또는 일반 슬래그 제거 혼합물로 세척한 다음 적절한 산세 용액으로 산 세척하여 베이스 툴 바의 산화막을 제거해야 합니다. 단, 브레이징 금속의 부식을 방지하기 위해 질산 용액을 사용하지 않도록 주의하세요.