Hoe het wolfraamcarbide te solderen?

    Wolfraamcarbideproducten worden in veel toepassingen gebruikt, waaronder snijgereedschappen, boren, ponsen en tal van andere toepassingen. Gecementeerd hardmetaal biedt superieure slijtvastheid en verlengt de levensduur van deze verschillende slijtage- en snijgereedschappen. Omdat het hoofdbestanddeel wolfraam is, een zeldzame en niet-hernieuwbare hulpbron, is de prijs van gecementeerd carbide relatief hoog. Bovendien heeft gecementeerd carbide een relatief hoge hardheid en is de buigsterkte veel lager dan die van andere metalen, zoals staal. Om deze twee redenen moet hardmetaal op verschillende manieren met andere metalen worden verbonden, zoals via schroefdraadverbindingen, klemmen en lassen. Dit artikel gaat over het hardsolderen van wolfraamcarbide op andere metalen.

1. Wat is wolfraamcarbide?

    Wolfraamcarbide (WC), ook wel gecementeerd carbide genoemd, is een composietmateriaal vervaardigd volgens een proces dat poedermetallurgie wordt genoemd. WC-poeder wordt gemengd met een bindmiddelmetaal, meestal kobalt of nikkel, samengeperst in een voorvormgereedschap en vervolgens in een oven gesinterd. De term “gecementeerd” verwijst naar de wolfraamcarbidedeeltjes die worden opgevangen in het metalen bindmiddelmateriaal en aan elkaar worden “gecementeerd”, waardoor een metallurgische binding ontstaat tussen de wolfraamcarbidedeeltjes en het bindmiddel (WC-Co), tijdens het sinterproces. De gecementeerde carbide-industrie verwijst gewoonlijk naar dit materiaal als eenvoudigweg "carbide", hoewel de termen wolfraamcarbide en gecementeerd carbide door elkaar worden gebruikt.  Carbide vertoont een hoge druksterkte, is bestand tegen doorbuiging en behoudt zijn hardheidswaarden bij hoge temperaturen, een fysieke eigenschap die vooral nuttig is bij toepassingen voor het snijden van metaal. 

2. Twee punten om het succes bij het hardsolderen van wolfraamcarbide te garanderen

A. Beheersen van de spanningen veroorzaakt door differentiële uitzetting

B. Contractiesnelheid van moedermaterialen en bevochtiging van het carbide door de hardsoldeerlegering

    Tijdens verwarming en afkoeling zal het basismetaal doorgaans sneller uitzetten en krimpen dan het carbide.  Wolfraamcarbide heeft een thermische uitzettingssnelheid van ongeveer 1/3 tot 1/2 van die van staal.  Wanneer het gesoldeerde samenstel afkoelt, kan er restspanning in het carbide ontstaan.  Langzame gelijkmatige afkoeling van het hardmetaal wordt altijd aanbevolen om spanningen en mogelijke scheuren te voorkomen. Afschrikken wordt niet aanbevolen, omdat dit scheuren in de carbiden kan veroorzaken als gevolg van de snelle samentrekking van het basismetaal.

3. Hoe de soldeerlegering te kiezen

    Wolfraamcarbide is moeilijk te bevochtigen. Zilverhardsoldeerlegeringen met kleine toevoegingen van nikkel (Ni) worden doorgaans gebruikt om carbiden aan staal te hardsolderen. Uiteraard moeten zowel het carbide als het staal schoon zijn, zodat de gesmolten soldeerlegering de pasoppervlakken volledig kan bevochtigen. Het is noodzakelijk om het hardmetalen oppervlak te slijpen om een ​​schoon oppervlak voor het hardsolderen te creëren. Slijpen heeft ook het voordeel dat het de oppervlaktetopografie van het hardmetaal vlakker maakt, wat kan helpen bij het bevochtigen en hechten van soldeerlegeringen. Stalen onderdelen moeten op dezelfde manier worden gereinigd om eventueel achtergebleven vet, olie, vuil of andere oppervlakteverontreinigingen te verwijderen.  

    · In de handel verkrijgbare zilverhardsoldeerlegeringen met kleine toevoegingen van nikkel (Ni) en mangaan (Mn) zullen gecementeerde carbideoppervlakken gemakkelijk bevochtigen. Deze hardsoldeerlegeringen vertonen doorgaans een goede bevochtiging van wolfraamcarbiden.  Het wordt aanbevolen om een ​​soldeervulmetaal met de laagst mogelijke soldeertemperatuur te selecteren om de restspanningen in de verbinding te verminderen.  

Voor toepassingkationen waarbij grote carbiden worden gesoldeerd, wordt vaak een sandwich-soldeerlegering gebruikt.  Als kleine carbiden (1/2 inch2) niet kunnen worden gebruikt, is een sandwichlegering nuttig bij het voorkomen van scheuren en kromtrekken van het carbide. Deze trimetalen zijn bekleed met een soldeervulmiddel dat aan beide zijden van een koperen kern is gebonden.  

    ·Hoewel een groot deel van de discussie ging over het hardsolderen van wolfraamcarbide (WC), zouden we het mis hebben als we polykristallijne diamant of PCD niet zouden noemen. De hardsoldeertemperatuur voor PCD wordt doorgaans onder de 750 °C (1382 °F) gehouden om degradatie van de diamant te voorkomen.  Fabrikanten van PCD-tips voor stalen lichamen gebruiken vaak een soldeervulmetaal met een hoge temperatuur en een hoge zilverwaarde, zoals een BAg-24-soldeerlegering.  Sommige fabrikanten gebruiken een hardsoldeerlegering zonder nikkel of mangaan, zoals de BAg-5 of BAg-7 hardsoldeerlegering, met lagere smelttemperaturen en minder bevochtigende eigenschappen van het carbide en staal.

    Er wordt gebruik gemaakt van een soldeervloeimiddel om de oxidatie van de te verbinden oppervlakken tijdens het verwarmen van het samenstel te voorkomen.  Flux-poeder wordt gebruikt met de gebruikelijke zilversoldeerlegeringen.  Zwart vloeimiddel wordt doorgaans aanbevolen door fabrikanten van soldeer- en vloeimiddel, omdat het de toevoeging van boor bevat en effectiever is bij hogere temperaturen.

    Er zijn verschillende soldeerlegeringen die voor carbide worden gebruikt. De klassieker is BAG-3, 50% zilver met cadmium.  Dit is een uitstekend product, maar het bevat wel cadmium. Veel gebruikt wordt BAG-7, 56% zilver met tin, omdat dit gemakkelijk uitdroogt; het is echter een zeer zwakke soldeerlegering, en het falen van verbindingen komt vaak voor bij deze legering. De sterkste niet-cadmiumlegering is BAG-22, 49% zilver met mangaan, maar is een beetje gomachtig in de vloei. BAG-24, 50% zilver, is cadmiumvrij en is een compromis.  Het stroomt goed, maar is ongeveer 40% zwakker dan BAG-3 en BAG-22.

    Wij geven sterk de voorkeur aan Black Flux, hoewel velen succesvol solderen met White Flux. In beide gevallen gaat het duidelijk om fluxen bij hoge temperaturen. Bovendien ontdekken we dat gezuiverde Black Flux een betere vloei en sterkere gewrichten geeft dan gewone Black Flux.  

    Het laatste gebied waar fouten vaak voorkomen, is het gezamenlijke ontwerp. Getrainde lassers willen doorgaans de onderdelen in elkaar zetten en vervolgens een lasrups maken. Wanneer ze hardsolderen, willen ze de onderdelen in elkaar zetten en vervolgens de soldeerlegering in de verbinding sijpelen.   

    Bij het hardsolderen van hardmetaal is het vaak veel effectiever om de zijkanten en de onderkant van de inkeping te vloeien en vervolgens stukjes gesmolten draad onder het hardmetaal te plaatsen.  Het enige dat u dan doet, is verwarmen totdat het carbide op zijn plaats blijft zitten.   

    De norm zou moeten zijn dat het hardmetaal scheurt of het staal scheurt voordat de verbinding bezwijkt.