Điểm kiến thức của các công cụ kim cương hàn (Phần 2)

Từ khóa: kim cương, dụng cụ kim cương, vật liệu hàn, công nghệ hàn, ứng dụng công nghệ hàn trong các công cụ kim cương

 

Trong bài viết trước, chúng tôi đã khám phá việc áp dụng công nghệ hàn trong các công cụ kim cương. Hãy tiếp tục với bài viết tiếp theo.

Bài viết trước bao gồm:

1. Công cụ kim cương và phân loại của chúng

2. Các hình thức kết nối kim cương

3. Các ứng dụng của công nghệ hàn trong các công cụ kim cương

4. Cơn lau khuếch tán trong quá trình thiêu kết ma trận kim cương

5. Brazing của các công cụ kim cương một lớp

 

Bài viết này bao gồm:

6. Brazing của các phân đoạn kim cương để ma trận

7. Brazing của vật liệu tổng hợp kim cương

8. Thiết bị và quy trình hàn công cụ kim cương

9. Xu hướng phát triển trong công cụ kim cương hàn

10. Kết luận

 

 

Các công cụ kim cương thường được sản xuất bởi các mẹo kim cương hàn và chất nền của chúng. Brazing là phương pháp chính được sử dụng trong các công cụ cưa, cắt, mài và khoan hàng ngày. Trong khi các công cụ này có nhiều dạng khác nhau, thì điểm chung nằm ở sự hàn gắn của vật liệu tổng hợp xốp, phức tạp làm từ luyện kim bột đến thép hợp kim.

 

Các công cụ kim cương hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt, thường hoạt động ở tốc độ cao, dưới độ rung và ở nhiệt độ cao. Do đó, mẹo công cụ kim cương hàn là một thách thức. Để cải thiện hiệu quả của các công cụ kim cương, các yêu cầu cắt giảm tốc độ và tốc độ thức ăn không ngừng tăng, từ đó đòi hỏi các công cụ kim cương để sở hữu cường độ khớp nối cao hơn. Trong phương pháp kỹ thuật để cải thiện sức mạnh chung, vật liệu hàn và quá trình hàn bổ sung và củng cố lẫn nhau; Trong cách tiếp cận kỹ thuật để cải thiện hiệu quả hàn, quá trình hàn và thiết bị hàn hỗ trợ và củng cố lẫn nhau.

 

Nhiệt độ nóng chảy của kim loại chất độn hàn có liên quan chặt chẽ đến việc thiêu kết đầu công cụ và nên được chọn dựa trên nhiệt độ thiêu kết. Sức mạnh của kim loại chất độn cũng nên được xem xét theo điều kiện hoạt động của công cụ. Khi các mẹo công cụ kim cương hàn cho các chất nền, vật liệu hàn phải đáp ứng các yêu cầu sau: Nhiệt độ nóng chảy của vật liệu hàn phải dưới 850 độ, tốt nhất là thấp nhất có thể; Các vật liệu hàn nên có tính chất ẩm ướt tốt và tính chất dòng chảy vừa phải cho cả ma trận đầu công cụ kim cương và đế công cụ; Các vật liệu hàn cũng nên thể hiện khả năng chống mỏi và ổn định tốt, có khả năng chịu được nhiệt độ cao thoáng qua là 300-400 độ; Và quá trình hàn nên đơn giản để vận hành, sử dụng việc hàn cảm ứng thông thường hoặc hàn ngọn lửa.

 

Quá trình hàn chủ yếu ảnh hưởng đến các tính chất cơ học của các khớp nối được các khớp nối, bao gồm độ dày tấm hàn, xử lý trước, thời gian sưởi ấm, tốc độ sưởi ấm, thời gian giữ và điều trị sau khi hàn. Những yếu tố này quyết định độ ẩm, độ xốp, tốc độ bao gồm, độ dày của đường may và ứng suất dư trong vùng bị ảnh hưởng bởi nhiệt (HAZ).

 

Độ dày của tấm hàn ảnh hưởng đến độ dày của đường may, từ đó ảnh hưởng đến độ bền cắt và sức mạnh mệt mỏi của khớp được hàn. Nghiên cứu thử nghiệm đã chỉ ra rằng khi các công cụ kim cương hàn sử dụng cùng một thành phần kim loại chất độn và quá trình hàn, hiệu suất tổng thể của khớp nối là tốt nhất khi độ dày kim loại chất độn nằm trong khoảng 0,20 đến 0,28 mm (độ dày kim loại phụ có thể giảm xuống còn 0,15 mm trong khi dây điện trở lại). Một độ dày kim loại chất độn nhỏ hơn dẫn đến việc làm ướt giao diện không đủ giữa đầu công cụ và cơ sở công cụ, dẫn đến hiệu quả hàn kém và độ bền khớp thấp hơn. Hơn nữa, trong quá trình hàn, các yếu tố như thiếc, chì, nhôm, sắt, vonfram và titan trong đầu công cụ khuếch tán và hòa tan vào mối hàn, ôm cấu trúc khớp và giảm cường độ khớp. Độ dày kim loại chất độn quá mức có thể dễ dàng dẫn đến lỗ chân lông ở khớp, làm giảm khu vực hàn hiệu quả và giảm cường độ cắt.

 

Sự hình thành của khớp kim loại phụ có liên quan chặt chẽ đến toàn bộ quá trình sưởi ấm. Các yếu tố như tốc độ gia nhiệt, nhiệt độ hàn, thời gian giữ và tốc độ làm mát có thể ảnh hưởng đến độ ẩm và độ xốp của khớp được hàn, do đó làm thay đổi các tính chất cơ học của khớp. Trong quá trình sản xuất, tỷ lệ sưởi ấm cao hơn thường được sử dụng để cải thiện hiệu quả. Tuy nhiên, tốc độ sưởi ấm quá cao có thể dẫn đến ứng suất dư lớn hơn trong khớp, ảnh hưởng đến các tính chất cơ học của mối hàn. Do sự khác biệt đáng kể trong các hệ số mở rộng tuyến tính của các thành phần khác nhau trong các mẹo công cụ kim cương-ví dụ, vonfram cacbua, vonfram và crom có hệ số mở rộng tuyến tính thấp, trong khi kẽm, chì, thiếc, mangan và coban. Tuy nhiên, tốc độ sưởi ấm quá mức không chỉ làm giảm hiệu quả sản xuất mà còn làm trầm trọng thêm quá trình oxy hóa kim loại hàn, tác động tiêu cực đến khớp công cụ kim cương. Một quy trình sưởi ấm hai giai đoạn có thể được sử dụng để giải quyết thử thách tốc độ gia nhiệt này: đầu tiên làm nóng phôi đến 400-500 độ, giữ nhiệt độ trong một khoảng thời gian xác định, và sau đó tiếp tục làm nóng quá trình hàn. Nhiệt độ hàn có tác động đáng kể đến các tính chất cơ học của khớp. Nhiệt độ hàn quá cao làm cho kẽm trong kim loại làm đầy hàn để bay hơi, dẫn đến lỗ chân lông. Hơn nữa, kim loại phụ dễ bị oxy hóa, tạo ra các vùi xỉ và làm suy yếu cường độ chung. Nhiệt độ hàn quá thấp làm giảm tính lưu động của kim loại phụ, làm cho các vùi xỉ có nhiều khả năng, dẫn đến các mối hàn sai và làm suy yếu cường độ chung.

 

Sử dụng rung động tần số cao trong quá trình hàn có thể cải thiện hiệu quả hàn và giảm căng thẳng nhiệt còn lại. Công nghệ kiểm soát dòng chảy có thể cải thiện hiệu quả năng lượng, giảm tiêu thụ năng lượng và tăng cường hiệu quả công việc.

 

Các phương pháp điều trị trước và sau khi hàn ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng hàn. Trước khi hàn, bề mặt hàn phải được nghiền để loại bỏ lớp oxit. Khoảng cách giữa đầu công cụ và đế phải đồng đều sau khi mài. Các phương pháp phổ biến để loại bỏ các lớp oxit bề mặt bao gồm mài bằng máy xay, nộp và phun cát. Sau khi hàn, các công cụ kim cương nên được làm mát chậm hoặc cách nhiệt để giảm thiểu tốc độ làm mát, giúp giảm căng thẳng nhiệt sau hàn. Trong sản xuất, một phương pháp kinh tế hơn là sử dụng amiăng để cách nhiệt. Sau khi hàn, bề mặt phôi thường giữ lại một lượng lớn xỉ oxit và thông lượng hàn. Chúng nên được làm sạch bằng cách sử dụng đá cát hoặc các phương pháp khác để ngăn chặn sự ăn mòn. Sau khi làm sạch, đường may hàn nên được kiểm tra chất lượng. Một đường may hàn tốt thể hiện một bề mặt mịn, sáng, cong mà không có lỗ chân lông hoặc vết nứt đáng chú ý.

 

 

 

Polycrystalline Diamond Compact (PDC) là một tinh thể tổng hợp được hình thành bởi bột kim cương thiêu kết và chất kết dính với cacbua xi măng dưới nhiệt độ cao và áp suất cao. PDC tự hào có những lợi thế như điện trở hao mòn cao, mô đun đàn hồi cao, độ cứng cao, đẳng hướng và độ dẫn nhiệt tương đối cao. Các công cụ PDC đã trở thành vật liệu được lựa chọn cho các công cụ cao cấp như dụng cụ khoan dầu, các bit khoan khai thác than và các công cụ cắt tốc độ cao, tốc độ cao. Brazing là một quá trình quan trọng trong sản xuất công cụ PDC và việc sử dụng rộng rãi PDC đã đặt ra các yêu cầu kỹ thuật cao hơn đối với công nghệ hàn.

 

Công cụ PDC về cơ bản liên quan đến việc hàn cacbua vào thân thép. Bởi vì cả cacbua và thép công cụ đều có đặc tính hàn tuyệt vời, các công cụ PDC cung cấp một loạt các kim loại phụ và quá trình hàn. Có thể sử dụng kim loại phụ dựa trên bạc hoặc đồng, và có thể sử dụng các phương pháp sưởi ấm và sưởi ấm cảm ứng. Cao cấp cảm ứng tần số cao, với ô nhiễm môi trường thấp và hiệu quả sản xuất cao, đã trở thành phương pháp hàn chiếm ưu thế cho các công cụ PDC trên toàn thế giới. Do độ chính xác cao và cường độ cao của các công cụ PDC, độ chính xác, độ chính xác, sức mạnh của đường may và chất lượng đường may là những vấn đề kỹ thuật quan trọng. Các công cụ PDC có thể thất bại theo ba cách chính: tách tấm PDC khỏi cơ sở công cụ; gãy xương; và thiệt hại cho cơ sở công cụ. Để giải quyết ba chế độ thất bại này, chất lượng công cụ PDC được đảm bảo thông qua các vật liệu hàn được tối ưu hóa và các quy trình hàn phù hợp.

 

Hiện tại, các kim loại phụ đặc hiệu PDC có sẵn trên thị trường có hàm lượng bạc cao, cùng với các yếu tố như niken, mangan và coban. Những chất làm đầy này thể hiện khả năng ẩm ướt tuyệt vời đối với cacbua xi măng, cường độ hàn cao và chênh lệch nhiệt độ pha chất lỏng rắn thường được kiểm soát giữa 50 độ đến 80 độ.

 

Để giải quyết vấn đề tách rời tấm, các kỹ sư cam kết cải thiện hiệu suất vật liệu hàn, chẳng hạn như thay thế các kim loại phụ có độ bền cao hơn như BAG40CUZNNI, BAG45CUZN và BAG50CUZN. Tuy nhiên, quá trình hàn đã bị bỏ qua. Do tính chất giòn của các tấm tổng hợp PDC, việc sử dụng các vật liệu và quy trình hàn với nhiệt độ nóng chảy quá cao có thể dẫn đến các vết nứt, sứt mẻ, tan rã và sứt mẻ trong các tấm composite. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng nhiệt độ hàn cho phép đối với các tấm PDC chất lượng cao không được vượt quá 780-800 độ, trong khi đối với các tấm PDC chất lượng chung không được vượt quá 750 độ.

 

 

 

Do sự đa dạng và đa dạng của các công cụ kim cương, các quy trình và thiết bị hàn kết quả là rất nhiều. Ngọn lửa hàn, hàn muối, hàn cảm ứng, hàn kháng, hàn lò, hàn chân không, và việc hàn bằng laser đều cạnh tranh với nhau. Hiện tại, hàn cảm ứng và hàn chân không là các quá trình thống trị.

 

Ngọn lửa hàn là một phương pháp hàn phát triển sớm. Các thiết bị cần thiết rất đơn giản và nhẹ, nguồn khí có sẵn rộng rãi và chi phí quy trình thấp. Tuy nhiên, nhiệt độ sưởi ấm của nó rất khó kiểm soát và nó đã dần bị loại khỏi thị trường chính thống.

 

Việc hàn muối cung cấp hệ thống sưởi nhanh và đồng đều, hiệu quả hàn cao và ít biến dạng của kim loại cơ bản trong quá trình hàn, làm cho nó phù hợp để sản xuất hàng loạt. Tuy nhiên, việc đun sôi muối để lại một lượng lớn thông lượng trên phôi sau khi hàn, dẫn đến một lượng lớn nước thải và ô nhiễm môi trường từ việc làm sạch sau khi hàn. Hơn nữa, thiết bị hàn muối muối là đắt tiền, quá trình này rất phức tạp và chu kỳ sản xuất dài. Quan trọng hơn, xu hướng sản xuất xanh đang loại bỏ việc nhúng nhúng cho các công cụ kim cương.

 

Cao cấp cảm ứng tần số cao cung cấp hệ thống sưởi nhanh và hiệu quả hàn cao; Nó rất dễ vận hành và tốn nhiều công sức; Và nó có thể bồng bềnh các hình dạng phức tạp và phôi đa răng. Khi sử dụng cho ăn tự động, bảo vệ khí quyển hoặc hàn cảm ứng chân không, các khớp thể hiện sự xuất hiện tuyệt vời và chất lượng được hàn. Phương pháp này không chỉ cung cấp chi phí sản xuất thấp cho một mối hàn mà còn cho phép chất nền được hàn lại và tái sử dụng. Với chi phí lao động ngày càng tăng trong sản xuất công cụ kim cương và nhu cầu ngày càng tăng về chất lượng hàn nhất, việc hàn cảm ứng tự động đã trở thành phương pháp chính để hàn các công cụ cưa kim cương. Tự động hàn cảm ứng của các công cụ kim cương cho phép tách răng tự động, nhận dạng tự động và lấy lưỡi, và tự động cho ăn miếng đệm. Nó cung cấp những lợi thế như độ chính xác hàn cao, khớp được hàn mạnh và tuổi thọ dài. Một người có thể vận hành nhiều máy, giảm đáng kể chi phí lao động.

 

Việc hàn kháng thường được sử dụng để hàn các thanh mài, và nó tạo ra chất lượng mối hàn tuyệt vời. Tuy nhiên, do nhiệt độ tổng thể cao của lưỡi kiếm, điều này ảnh hưởng đến tuổi thọ của viên kim cương. Hiện tại, chỉ có một vài công ty sử dụng quá trình này.

 

Lò hàn (hàn khí quyển liên tục) chủ yếu được sử dụng trong việc sản xuất các lưỡi cưa nhỏ và các công cụ kim cương hình đặc biệt. Nó thường sử dụng hydro và nitơ, được tạo ra bởi sự phân hủy amoniac, như làm giảm khí. Hệ thống sưởi chậm và đồng đều, dẫn đến các khớp được hàn thẩm mỹ, chất lượng đáng tin cậy và bề mặt phôi sáng. Nó cũng tự hào có hiệu quả sản xuất cao và chi phí hàn thấp, làm cho nó phù hợp cho sản xuất hàng loạt.

 

Brazing chân không, thường sử dụng hệ thống sưởi bức xạ từ lò kháng, mang lại hiệu quả sản xuất cao và sưởi ấm đồng đều, làm cho nó phù hợp để hàn các công cụ kim cương phức tạp và lớn. Hiện tại, việc hàn chân không của các công cụ kim cương một lớp được sử dụng rộng rãi trong việc sản xuất các công cụ khôi phục, bánh xe, dụng cụ đá và dụng cụ thủy tinh. Brazing chân không của các công cụ kim cương nhiều lớp cũng có triển vọng ứng dụng công nghiệp đầy hứa hẹn.

 

Trong những năm gần đây, việc hàn bằng laser đã dần dần đạt được ứng dụng trong việc sản xuất các công cụ kim cương một lớp. Việc hàn laser làm nóng phôi nhanh chóng, giảm thiểu thời gian kim cương vẫn ở nhiệt độ cao trong quá trình hàn, ngăn chặn hiệu quả hóa đồ họa. Hơn nữa, quá trình hàn laser đạt được sự sắp xếp có trật tự của các hạt kim cương, dẫn đến hiệu quả sưởi ấm cao và kiểm soát nhiệt độ chính xác. Nó có khả năng gia công các bề mặt cong phức tạp, tự hào có mức độ tự động hóa cao và cung cấp một môi trường làm việc thuận lợi. Việc hàn bằng laser có thể được sử dụng để hàn các phôi làm việc lớn, phức tạp và có hình dạng không đều trong khi tránh các hiệu ứng gần và da liên quan đến việc hàn cảm ứng tần số cao.

 

 

 

Công cụ kim cương hàn đã trở thành một nghề nghiệp chuyên ngành, tiêu thụ gần 1.000 tấn vật liệu hàn hàng năm và sử dụng hàng chục ngàn người trong nước. Ngành công nghiệp đang hưng thịnh, và có năm xu hướng đồng thuận: tự động hóa, sản xuất xanh, quy trình tích hợp, sản xuất chất lượng cao và sản xuất hiệu quả về chi phí.

 

Tự động hóa và sản xuất xanh là những khái niệm cơ bản và các dự án chính của được sản xuất tại Trung Quốc 2025. Chi phí lao động trong ngành công cụ kim cương đang tăng lên, thậm chí đe dọa sự phát triển của ngành. Brazing tự động là một nhu cầu chung của ngành công nghiệp. Tất cả các sản phẩm có khối lượng sản xuất lớn đang hướng tới việc hàn tự động. Hiện tại, việc hàn tự động của lưỡi cưa đang ngày càng trưởng thành và các thiết bị hàn tự động cho các sản phẩm khác sắp xảy ra.

 

Sản xuất xanh bao gồm giảm khí thải, bảo tồn vật liệu, cải thiện hiệu quả năng lượng và giảm mức tiêu thụ năng lượng. Công cụ kim cương hàn đã đạt được tiến bộ nhanh chóng trong việc giảm mức tiêu thụ vật liệu và bảo tồn năng lượng, nhưng tiến trình đã chậm hơn trong việc áp dụng kim loại phụ không có cadmium và thông lượng bằng thông lượng và giảm sử dụng thông lượng. Các công cụ kim cương (như bit khoan, picks, lưỡi cưa và dụng cụ cắt) là những sản phẩm tiêu tan. Các kim loại phụ được hàn trong chúng cạn kiệt trong quá trình hoạt động bình thường. Các yếu tố như chì và cadmium trong kim loại phụ có thể được giải phóng vào không khí, đất và nước, làm ô nhiễm môi trường. Một số yếu tố có thể được ăn bởi con người, có khả năng gây hại cho sức khỏe con người.

 

Các quá trình hàn kết hợp, bao gồm cảm ứng ngọn lửa, cảm ứng, và hàn màn hình cảm ứng lò, cho phép hàn nhanh, gắn kết mọi vị trí của các công cụ quy mô lớn, phức tạp. Điều này rút ngắn thời gian hàn, cải thiện độ bền và độ tin cậy của công cụ, và kéo dài tuổi thọ của công cụ.

 

Cải thiện chất lượng đòi hỏi tuổi thọ mệt mỏi lâu hơn đối với các khớp được hàn và khiếm khuyết trong đường may là một yếu tố chính ảnh hưởng đến cuộc sống mệt mỏi. Do đó, khi tuổi thọ của các công cụ siêu hình tăng lên, nhu cầu ngày càng tăng liên tục làm giảm các khiếm khuyết trong đường may và cải thiện chất lượng của các khớp được hàn. Khi các vật liệu và quy trình hàn là phù hợp, độ sạch của kim loại phụ là một yếu tố chính ảnh hưởng đến sự hình thành khiếm khuyết.

 

Kinh tế là một nhu cầu vĩnh cửu của ngành sản xuất. Mức hàn ít, hàn dựa trên đồng, hàn composite và hàn đúc sẵn là các hướng chính để tiết kiệm chi phí hàn; Quá trình hàn hiệu quả và công nghệ hàn có trách nhiệm cao là một cách khác để giảm chi phí hàn.

 

 

(1) Các công cụ kim cương thuộc nhiều loại và công nghệ hàn là một công nghệ chính trong việc sản xuất các công cụ khác nhau.

.

(3) Bột được hợp kim trước là một cách hiệu quả để cải thiện hiệu suất toàn diện của đầu cắt kim cương. Bột hợp kim hoạt động có thể cải thiện hiệp đồng với độ sắc nét và tuổi thọ của các công cụ kim cương.

. Công nghệ chính cho các công cụ PDC hàn là kim loại phụ được hàn chất lượng cao. Công nghệ chính để hàn các công cụ kim cương một lớp là thiết bị và kim loại phụ.

(5) Việc hàn các công cụ kim cương đang phát triển theo hướng tự động hóa, xanh, tích hợp quy trình, cải tiến chất lượng và kinh tế.