Как паять карбид вольфрама?

    Изделия из карбида вольфрама используются во многих областях, включая режущие инструменты, сверление, штамповку и многие другие применения. Цементированный карбид обеспечивает превосходную износостойкость и продлевает срок службы различных изнашиваемых и режущих инструментов. Поскольку его основным компонентом является вольфрам, который является редким и невозобновляемым ресурсом, цена цементированного карбида относительно высока. Кроме того, твердый сплав имеет относительно высокую твердость, а прочность на изгиб значительно ниже, чем у других металлов, например стали. По этим двум причинам твердый сплав необходимо соединять с другими металлами разными способами, например, посредством резьбовых соединений, зажима и сварки. В этой статье речь пойдет о том, как паять карбид вольфрама на другие металлы.

1. Что такое карбид вольфрама?

    Карбид вольфрама (WC), также называемый цементированным карбидом, представляет собой композитный материал, изготавливаемый методом порошковой металлургии. Порошок WC смешивается со связующим металлом, обычно кобальтом или никелем, уплотняется в оснастке для заготовок, а затем спекается в печи. Термин «цементированный» относится к частицам карбида вольфрама, которые захватываются металлическим связующим материалом и «сцементируются» вместе, образуя металлургическую связь между частицами карбида вольфрама и связующим (WC-Co) в процессе спекания. В промышленности по производству цементированного карбида этот материал обычно называют просто «карбидом», хотя термины «карбид вольфрама» и «цементированный карбид» используются как синонимы.  Карбид демонстрирует высокую прочность на сжатие, сопротивляется прогибу и сохраняет значения твердости при высоких температурах - физическое свойство, особенно полезное при резке металлов. 

2 . Два момента, гарантирующие успех при пайке карбида вольфрама

A.Управление напряжениями, вызванными дифференциальным расширением

B. Скорость сжатия исходных материалов и смачивание карбида припоем.

    Во время нагрева и охлаждения основной основной металл обычно расширяется и сжимается с большей скоростью, чем карбид.  Карбид вольфрама имеет коэффициент теплового расширения примерно от 1/3 до 1/2 от коэффициента теплового расширения стали.  Когда паяный узел остывает, внутри твердого сплава могут возникнуть остаточные напряжения.  Всегда рекомендуется медленное равномерное охлаждение твердого сплава, чтобы избежать напряжения и возможного растрескивания. Закалка не рекомендуется, поскольку она может вызвать трещины в карбидах из-за быстрого сжатия основного основного металла.

3. Как выбрать припой

    Карбид вольфрама трудно смачивать. Сплавы серебра с небольшими добавками никеля (Ni) обычно используются для припоя карбидов к стали. Конечно, и карбид, и сталь должны быть чистыми, чтобы расплавленный припой мог полностью смочить сопрягаемые поверхности. Необходимо шлифовать поверхность твердого сплава, чтобы создать чистую поверхность для пайки. Шлифование также имеет то преимущество, что выравнивает топографию поверхности твердого сплава, что может способствовать смачиванию и адгезии припоя. Стальные компоненты также необходимо очистить от остатков смазки, масла, грязи и других поверхностных загрязнений.  

    ·Коммерчески доступные серебряные припои с небольшими добавками никеля (Ni) и марганца (Mn) легко смачивают поверхности цементированного карбида. Эти припои обычно демонстрируют хорошее смачивание карбидов вольфрама.  Рекомендуется выбирать припой с минимально возможной температурой пайки, чтобы уменьшить остаточные напряжения внутри соединения.  

Для применениякатионов, предполагающих пайку крупных карбидов, часто используют сэндвич-припой.  Если карбиды небольшого размера (1/2 дюйма2) использовать невозможно, можно использовать сэндвич-сплав для предотвращения растрескивания и коробления карбида. Эти триметаллы покрыты твердым припоем, прикрепленным к обеим сторонам медного сердечника.  

    ·Хотя большая часть дискуссий велась вокруг пайки карбида вольфрама (WC), было бы неправильно, если бы мы не упомянули поликристаллический алмаз или PCD. Температура пайки PCD обычно поддерживается ниже 1382°F (750°C), чтобы избежать деградации алмаза.  Часто производители наконечников PCD для стальных корпусов используют низкотемпературный припой с высоким содержанием серебра, например припой BAg-24.  Некоторые производители используют припои без никеля и марганца, такие как припои БАг-5 или БАг-7, с более низкими температурами плавления и меньшими смачивающими свойствами карбида и стали.

    Для предотвращения окисления соединяемых поверхностей в процессе нагрева узла используется паяльный флюс.  Порошок флюса используется с обычными серебряными припоями.  Черный флюс обычно рекомендуется производителями припоев и флюсов, поскольку он содержит бор и более эффективен при более высоких температурах.

    Для твердого сплава используется несколько припоев. Классика – БАГ-3, 50% серебра с кадмием.  Это отличный продукт, но в нем есть кадмий. Обычно используется БАГ-7, 56% серебра с оловом, поскольку он легко смачивается; однако это очень слабый припой, и для этого сплава часто случаются разрушения соединений. Самый прочный безкадмиевый сплав — БАГ-22, 49% серебра с марганцем, но в текучем состоянии немного клейкий. BAG-24, 50% серебра, не содержит кадмия и является компромиссным решением.  Он хорошо течет, но примерно на 40% слабее, чем БАГ-3 и БАГ-22.

    Мы решительно предпочитаем черный флюс, хотя многие успешно паяют с белым флюсом. В обоих случаях это явно высокотемпературные потоки. Кроме того, мы обнаружили, что очищенный черный флюс дает лучшую текучесть и более прочные соединения, чем обычный черный флюс.  

    Последняя область, где часто случаются ошибки, — это совместное проектирование. Обученные сварщики обычно хотят собрать детали, а затем выполнить сварку. Когда они паяют, они хотят собрать детали, а затем впитать припой в соединение.   

    При пайке твердого сплава зачастую гораздо эффективнее профлюзовать боковые и нижнюю части паза, а затем подложить под твердый сплав куски проволоки из флюсованного сплава.  Все, что вам нужно сделать, это нагревать до тех пор, пока карбид не встанет на место.   

    Стандартом должно быть то, что карбид разрушается или сталь разрывается до того, как соединение выйдет из строя.