(1) Χαρακτηριστικά συγκόλλησης Τα προβλήματα που σχετίζονται με την πολυκρυσταλλική συγκόλληση με γραφίτη και διαμάντι είναι πολύ παρόμοια με αυτά που συναντώνται στην κεραμική συγκόλληση. Σε σύγκριση με το μέταλλο, η συγκόλληση είναι δύσκολο να διαβρέξει τα πολυκρυσταλλικά υλικά από γραφίτη και διαμάντι και ο συντελεστής θερμικής διαστολής της είναι πολύ διαφορετικός από αυτόν των γενικών δομικών υλικών. Τα δύο θερμαίνονται απευθείας στον αέρα και η οξείδωση ή η ενανθράκωση θα συμβεί όταν η θερμοκρασία υπερβεί τους 400 ℃. Επομένως, πρέπει να υιοθετηθεί συγκόλληση κενού και ο βαθμός κενού δεν πρέπει να είναι μικρότερος από 10-1pa. Επειδή η αντοχή και των δύο δεν είναι υψηλή, εάν υπάρχει θερμική τάση κατά τη συγκόλληση, ενδέχεται να εμφανιστούν ρωγμές. Προσπαθήστε να επιλέξετε μέταλλο πλήρωσης συγκόλλησης με χαμηλό συντελεστή θερμικής διαστολής και να ελέγχετε αυστηρά τον ρυθμό ψύξης. Δεδομένου ότι η επιφάνεια τέτοιων υλικών δεν είναι εύκολο να διαβρεχτεί από συνηθισμένα μέταλλα πλήρωσης συγκόλλησης, ένα στρώμα W, Mo και άλλων στοιχείων πάχους 2,5 ~ 12,5 μm μπορεί να εναποτεθεί στην επιφάνεια πολυκρυσταλλικών υλικών γραφίτη και διαμαντιού με τροποποίηση επιφάνειας (επικάλυψη κενού, ιοντικός ψεκασμός, ψεκασμός πλάσματος και άλλες μέθοδοι) πριν από τη συγκόλληση και να σχηματίσει αντίστοιχα καρβίδια με αυτά ή μπορούν να χρησιμοποιηθούν μέταλλα πλήρωσης συγκόλλησης υψηλής δραστικότητας.
Ο γραφίτης και το διαμάντι έχουν πολλές ποιότητες, οι οποίες διαφέρουν ως προς το μέγεθος των σωματιδίων, την πυκνότητα, την καθαρότητα και άλλες πτυχές, και έχουν διαφορετικά χαρακτηριστικά συγκόλλησης. Επιπλέον, εάν η θερμοκρασία των πολυκρυσταλλικών υλικών διαμαντιού υπερβεί τους 1000 ℃, ο λόγος φθοράς των πολυκρυσταλλικών αρχίζει να μειώνεται και ο λόγος φθοράς μειώνεται κατά περισσότερο από 50% όταν η θερμοκρασία υπερβεί τους 1200 ℃. Επομένως, κατά τη συγκόλληση κενού διαμαντιού, η θερμοκρασία συγκόλλησης πρέπει να ελέγχεται κάτω από τους 1200 ℃ και ο βαθμός κενού δεν πρέπει να είναι μικρότερος από 5 × 10-2Pa.
(2) Η επιλογή του μετάλλου συγκόλλησης βασίζεται κυρίως στη χρήση και την επεξεργασία της επιφάνειας. Όταν χρησιμοποιείται ως υλικό ανθεκτικό στη θερμότητα, πρέπει να επιλέγεται το μέταλλο συγκόλλησης με υψηλή θερμοκρασία συγκόλλησης και καλή αντοχή στη θερμότητα. Για υλικά ανθεκτικά στη χημική διάβρωση, επιλέγονται μέταλλα συγκόλλησης με χαμηλή θερμοκρασία συγκόλλησης και καλή αντοχή στη διάβρωση. Για την επεξεργασία επιφανειακής επιμετάλλωσης γραφίτη, μπορεί να χρησιμοποιηθεί καθαρό χαλκό συγκολλητικό υλικό με υψηλή ολκιμότητα και καλή αντοχή στη διάβρωση. Τα ενεργά συγκολλητικά υλικά με βάση το άργυρο και τον χαλκό έχουν καλή διαβρεξιμότητα και ρευστότητα σε σχέση με τον γραφίτη και το διαμάντι, αλλά η θερμοκρασία λειτουργίας της συγκολλημένης σύνδεσης είναι δύσκολο να υπερβεί τους 400 ℃. Για εξαρτήματα γραφίτη και εργαλεία διαμαντιών που χρησιμοποιούνται μεταξύ 400 ℃ και 800 ℃, συνήθως χρησιμοποιούνται μέταλλα πλήρωσης με βάση τον χρυσό, το παλλάδιο, το μαγγάνιο ή το τιτάνιο. Για συνδέσεις που χρησιμοποιούνται μεταξύ 800 ℃ και 1000 ℃, πρέπει να χρησιμοποιούνται μέταλλα πλήρωσης με βάση το νικέλιο ή το τρυπάνι. Όταν χρησιμοποιούνται εξαρτήματα γραφίτη σε θερμοκρασίες άνω των 1000 ℃, μπορούν να χρησιμοποιηθούν καθαρά μέταλλα πλήρωσης μετάλλων (Ni, PD, Ti) ή κράματα μετάλλων πλήρωσης που περιέχουν μολυβδαίνιο, Mo, Ta και άλλα στοιχεία που μπορούν να σχηματίσουν καρβίδια με άνθρακα.
Για γραφίτη ή διαμάντι χωρίς επιφανειακή επεξεργασία, τα ενεργά μέταλλα πλήρωσης στον πίνακα 16 μπορούν να χρησιμοποιηθούν για άμεση συγκόλληση. Τα περισσότερα από αυτά τα μέταλλα πλήρωσης είναι δυαδικά ή τριαδικά κράματα με βάση το τιτάνιο. Το καθαρό τιτάνιο αντιδρά έντονα με τον γραφίτη, ο οποίος μπορεί να σχηματίσει ένα πολύ παχύ στρώμα καρβιδίου, και ο συντελεστής γραμμικής διαστολής του είναι αρκετά διαφορετικός από αυτόν του γραφίτη, ο οποίος είναι εύκολο να δημιουργήσει ρωγμές, επομένως δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως συγκολλητικό. Η προσθήκη Cr και Ni στο Ti μπορεί να μειώσει το σημείο τήξης και να βελτιώσει την διαβρεξιμότητα με κεραμικά. Το Ti είναι ένα τριαδικό κράμα, που αποτελείται κυρίως από TiZr, με την προσθήκη TA, Nb και άλλων στοιχείων. Έχει χαμηλό συντελεστή γραμμικής διαστολής, ο οποίος μπορεί να μειώσει την τάση συγκόλλησης. Το τριαδικό κράμα που αποτελείται κυρίως από TiCu είναι κατάλληλο για τη συγκόλληση γραφίτη και χάλυβα, και η σύνδεση έχει υψηλή αντοχή στη διάβρωση.
Πίνακας 16 μέταλλα πλήρωσης συγκόλλησης για άμεση συγκόλληση γραφίτη και διαμαντιού
(3) Διαδικασία συγκόλλησης Οι μέθοδοι συγκόλλησης γραφίτη μπορούν να χωριστούν σε δύο κατηγορίες: η μία είναι η συγκόλληση μετά την επιφανειακή επιμετάλλωση και η άλλη η συγκόλληση χωρίς επιφανειακή επεξεργασία. Ανεξάρτητα από τη μέθοδο που χρησιμοποιείται, η συγκόλληση πρέπει να προεπεξεργάζεται πριν από τη συναρμολόγηση και οι επιφανειακοί ρύποι των υλικών γραφίτη πρέπει να σκουπίζονται με αλκοόλη ή ακετόνη. Σε περίπτωση συγκόλλησης επιφανειακής επιμετάλλωσης, ένα στρώμα Ni, Cu ή ένα στρώμα Ti, Zr ή διπυριτίου μολυβδαινίου πρέπει να επιστρώνεται στην επιφάνεια του γραφίτη με ψεκασμό πλάσματος και στη συνέχεια πρέπει να χρησιμοποιείται μέταλλο πλήρωσης με βάση τον χαλκό ή μέταλλο πλήρωσης με βάση τον άργυρο για συγκόλληση. Η άμεση συγκόλληση με ενεργό συγκολλητικό υλικό είναι η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη μέθοδος σήμερα. Η θερμοκρασία συγκόλλησης μπορεί να επιλεγεί σύμφωνα με το συγκολλητικό υλικό που παρέχεται στον πίνακα 16. Το συγκολλητικό υλικό μπορεί να συσφιχθεί στη μέση της συγκολλημένης σύνδεσης ή κοντά στο ένα άκρο. Κατά τη συγκόλληση με μέταλλο με μεγάλο συντελεστή θερμικής διαστολής, το Mo ή το Ti με ένα ορισμένο πάχος μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως ενδιάμεσο στρώμα προστασίας. Το μεταβατικό στρώμα μπορεί να προκαλέσει πλαστική παραμόρφωση κατά τη θέρμανση της συγκόλλησης, να απορροφήσει θερμική τάση και να αποφύγει τη ρωγμάτωση του γραφίτη. Για παράδειγμα, το Mo χρησιμοποιείται ως μεταβατική σύνδεση για συγκόλληση κενού γραφίτη και εξαρτημάτων hastelloyn. Χρησιμοποιείται συγκόλληση B-pd60ni35cr5 με καλή αντοχή στη διάβρωση και την ακτινοβολία από τηγμένο άλας. Η θερμοκρασία συγκόλλησης είναι 1260 ℃ και η θερμοκρασία διατηρείται για 10 λεπτά.
Το φυσικό διαμάντι μπορεί να συγκολληθεί απευθείας με b-ag68.8cu16.7ti4.5, b-ag66cu26ti8 και άλλα ενεργά συγκολλητικά υλικά. Η συγκόλληση πρέπει να πραγματοποιείται υπό κενό ή υπό προστασία χαμηλής περιεκτικότητας σε αργόν. Η θερμοκρασία συγκόλλησης δεν πρέπει να υπερβαίνει τους 850 ℃ και πρέπει να επιλέγεται ταχύτερος ρυθμός θέρμανσης. Ο χρόνος διατήρησης στη θερμοκρασία συγκόλλησης δεν πρέπει να είναι πολύ μεγάλος (γενικά περίπου 10 δευτερόλεπτα) για να αποφευχθεί ο σχηματισμός ενός συνεχούς στρώματος τικ στη διεπαφή. Κατά τη συγκόλληση διαμαντιού και κράματος χάλυβα, πρέπει να προστεθεί πλαστικό ενδιάμεσο στρώμα ή στρώμα κράματος χαμηλής διαστολής για μετάβαση, ώστε να αποφευχθεί η ζημιά των κόκκων του διαμαντιού που προκαλείται από υπερβολική θερμική καταπόνηση. Το εργαλείο τόρνευσης ή το εργαλείο διάτρησης για κατεργασία εξαιρετικά ακριβείας κατασκευάζεται με τη διαδικασία συγκόλλησης, η οποία συγκολλά 20 ~ 100mg μικρών σωματιδίων διαμαντιού στο χαλύβδινο σώμα και η αντοχή της σύνδεσης συγκόλλησης φτάνει τα 200 ~ 250mpa.
Το πολυκρυσταλλικό διαμάντι μπορεί να συγκολληθεί με φλόγα, υψηλή συχνότητα ή κενό. Για την κοπή μετάλλου ή πέτρας με κυκλικό πριόνι διαμαντιού, θα πρέπει να χρησιμοποιείται συγκόλληση υψηλής συχνότητας ή συγκόλληση με φλόγα. Θα πρέπει να επιλέγεται μέταλλο ενεργού συγκόλλησης Ag Cu Ti με χαμηλό σημείο τήξης. Η θερμοκρασία συγκόλλησης θα πρέπει να ελέγχεται κάτω από 850 ℃, ο χρόνος θέρμανσης δεν θα πρέπει να είναι πολύ μεγάλος και θα πρέπει να υιοθετείται αργός ρυθμός ψύξης. Τα πολυκρυσταλλικά διαμαντένια κομμάτια που χρησιμοποιούνται σε γεωτρήσεις πετρελαίου και γεωλογικών γεωτρήσεων έχουν κακές συνθήκες εργασίας και αντέχουν τεράστια φορτία κρούσης. Μπορεί να επιλεγεί μέταλλο συγκόλλησης με βάση το νικέλιο και μπορεί να χρησιμοποιηθεί φύλλο καθαρού χαλκού ως ενδιάμεσο στρώμα για συγκόλληση κενού. Για παράδειγμα, 350 ~ 400 κάψουλες Φ 4,5 ~ 4,5 mm σε σχήμα στήλης πολυκρυσταλλικού διαμαντιού συγκολλούνται στις διατρήσεις χάλυβα 35CrMo ή 40CrNiMo για να σχηματίσουν δόντια κοπής. Υιοθετείται συγκόλληση κενού και ο βαθμός κενού δεν είναι μικρότερος από 5 × 10-2Pa, η θερμοκρασία συγκόλλησης είναι 1020 ± 5 ℃, ο χρόνος συγκράτησης είναι 20 ± 2 λεπτά και η αντοχή διάτμησης της συγκολλητικής σύνδεσης είναι μεγαλύτερη από 200mpa
Κατά τη συγκόλληση, το ίδιο βάρος του συγκολλημένου υλικού θα πρέπει να χρησιμοποιείται για τη συναρμολόγηση και την τοποθέτηση όσο το δυνατόν περισσότερο, ώστε το μεταλλικό μέρος να πιέζει το γραφίτη ή το πολυκρυσταλλικό υλικό στο πάνω μέρος. Όταν χρησιμοποιείται το εξάρτημα για την τοποθέτηση, το υλικό του εξαρτήματος θα πρέπει να είναι υλικό με συντελεστή θερμικής διαστολής παρόμοιο με αυτόν του συγκολλημένου υλικού.
Ώρα δημοσίευσης: 13 Ιουνίου 2022