Jak lutować węglik wolframu?

    Produkty z węglika wolframu są wykorzystywane w wielu zastosowaniach, w tym w narzędziach skrawających, wierceniu, wykrawaniu i wielu innych zastosowaniach. Węglik spiekany zapewnia doskonałą odporność na zużycie i wydłuża żywotność różnych narzędzi ściernych i skrawających. Ponieważ jego głównym składnikiem jest wolfram, który jest zasobem rzadkim i nieodnawialnym, cena węglika spiekanego jest stosunkowo wysoka. Ponadto węglik spiekany ma stosunkowo wysoką twardość, a jego wytrzymałość na zginanie jest znacznie niższa niż w przypadku innych metali, takich jak stal. Z tych dwóch powodów węglik spiekany musi być łączony z innymi metalami na różne sposoby, na przykład poprzez połączenia gwintowe, zaciskanie i spawanie. W tym artykule omówiono sposób lutowania węglika wolframu na innych metalach.

1. Co to jest węglik wolframu?

    Węglik wolframu (WC), nazywany także węglikiem spiekanym, to materiał kompozytowy wytwarzany w procesie zwanym metalurgią proszków. Proszek WC miesza się z metalowym spoiwem, zwykle kobaltem lub niklem, zagęszcza w formie wstępnej, a następnie spieka w piecu. Termin „scementowany” odnosi się do cząstek węglika wolframu wychwytywanych w metalicznym materiale wiążącym i „sklejanych” razem, tworząc metalurgiczne wiązanie pomiędzy cząstkami węglika wolframu a spoiwem (WC-Co) w procesie spiekania. Przemysł węglika spiekanego powszechnie określa ten materiał jako po prostu „węglik”, chociaż terminy węglik wolframu i węglik spiekany są używane zamiennie.  Węglik wykazuje wysoką wytrzymałość na ściskanie, jest odporny na odkształcenia i zachowuje swoje wartości twardości w wysokich temperaturach, co jest właściwością fizyczną szczególnie przydatną w zastosowaniach związanych z skrawaniem metali. 

2. Dwa punkty zapewniające sukces w lutowaniu węglika wolframu

A. Zarządzanie naprężeniami spowodowanymi rozszerzalnością różnicową

B. Szybkość skurczu materiałów macierzystych i zwilżanie węglika przez lut

    Podczas ogrzewania i chłodzenia podstawowy metal macierzysty będzie zazwyczaj rozszerzał się i kurczył z większą szybkością niż węglik.  Węglik wolframu ma współczynnik rozszerzalności cieplnej wynoszący około 1/3 do 1/2 współczynnika rozszerzalności cieplnej stali.  Kiedy lutowany zespół ostygnie, w węgliku mogą narosnąć naprężenia szczątkowe.  Zawsze zaleca się powolne, równomierne chłodzenie węglika, aby uniknąć naprężeń i możliwych pęknięć. Hartowanie nie jest zalecane, ponieważ może powodować pęknięcia w węglikach w wyniku szybkiego kurczenia się metalu rodzimego.

3. Jak wybrać stop lutowniczy

    Węglik wolframu jest trudny do zwilżenia. Do lutowania węglików ze stalą zwykle stosuje się luty srebrne z niewielkimi dodatkami niklu (Ni). Oczywiście zarówno węglik, jak i stal muszą być czyste, aby stopiony lut lutowniczy mógł całkowicie zwilżyć współpracujące powierzchnie. Konieczne jest zeszlifowanie powierzchni węglika w celu uzyskania czystej powierzchni do lutowania. Szlifowanie ma również tę zaletę, że spłaszcza topografię powierzchni węglika, co może pomóc w zwilżaniu i przyleganiu stopu lutowniczego. Podobnie elementy stalowe należy oczyścić, aby usunąć resztki smaru, oleju, brudu lub innych zanieczyszczeń powierzchniowych.  

    ·Dostępne w handlu luty srebrne z niewielkimi dodatkami niklu (Ni) i manganu (Mn) łatwo zwilżają powierzchnie węglików spiekanych. Te stopy lutownicze zazwyczaj wykazują dobre zwilżanie węglików wolframu.  Zaleca się wybór spoiwa do lutowania twardego o najniższej możliwej temperaturze lutowania, aby zmniejszyć naprężenia szczątkowe w złączu.  

Do zastosowaniakationów obejmujących lutowanie dużych węglików, często stosuje się lutowanie przekładkowe.  Jeśli nie można zastosować małych węglików (1/2 cala2), stop warstwowy jest korzystny w zapobieganiu pękaniu i wypaczaniu węglika. Te trimetale są platerowane lutem lutowniczym połączonym po obu stronach miedzianego rdzenia.  

    ·Chociaż większość dyskusji dotyczyła lutowania węglika wolframu (WC), popełnilibyśmy błąd, gdybyśmy nie wspomnieli o diamencie polikrystalicznym lub PCD. Temperatura lutowania PCD jest na ogół utrzymywana poniżej 1382°F (750°C), aby uniknąć degradacji diamentu.  Często producenci końcówek PCD do korpusów stalowych używają lutu lutowniczego o niskiej temperaturze i wysokiej zawartości srebra, takiego jak lut lutowniczy BAg-24.  Niektórzy producenci stosują lut lutowniczy bez niklu i manganu, taki jak lut lutowniczy BAg-5 lub BAg-7, o niższych temperaturach topnienia i mniejszych właściwościach zwilżających węglika i stali.

    Aby zapobiec utlenianiu łączonych powierzchni podczas nagrzewania zespołu, stosuje się topnik lutowniczy.  Proszek topnika stosuje się w przypadku popularnych stopów lutu srebrnego.  Producenci lutów i topników zazwyczaj zalecają czarny proszek topnika, ponieważ zawiera dodatek boru i jest bardziej skuteczny w wyższych temperaturach.

    Istnieje kilka stopów lutowniczych stosowanych do węglika. Klasyk to BAG-3, 50% srebra z dodatkiem kadmu.  To doskonały produkt, ale zawiera kadm. Powszechnie używany jest BAG-7, zawierający 56% srebra z cyną, ponieważ łatwo się zwilża; jest to jednak bardzo słaby stop do lutowania i w przypadku tego stopu częste są uszkodzenia połączeń. Najmocniejszym stopem niekadmowym jest BAG-22, zawierający 49% srebra z manganem, ale przy płynięciu jest nieco gumowaty. BAG-24, 50% srebra, nie zawiera kadmu i jest kompromisem.  Płynie dobrze, ale jest ok. 40% słabszy od BAG-3 i BAG-22.

    Zdecydowanie wolimy Black Flux, choć wiele osób lutuje z powodzeniem White Flux. W obu przypadkach są to wyraźnie strumienie wysokotemperaturowe. Ponadto stwierdzamy, że oczyszczony Black Flux zapewnia lepszy przepływ i mocniejsze połączenia niż zwykły Black Flux.  

    Ostatnim obszarem, w którym często pojawiają się błędy, jest wspólne projektowanie. Przeszkoleni spawacze zazwyczaj chcą zmontować części, a następnie wykonać ścieg. Podczas lutowania chcą zmontować części, a następnie wprowadzić stop lutowniczy do złącza.   

    Podczas lutowania węglików spiekanych często znacznie skuteczniejsze jest topienie boków i spodu nacięcia, a następnie umieszczanie pod węglikiem kawałków topnika z drutu stopowego.  Następnie wystarczy podgrzać, aż węglik osadzi się na swoim miejscu.   

    Normą powinno być pęknięcie węglika lub rozerwanie stali, zanim połączenie ulegnie uszkodzeniu.