wiadomości o firmie Czy węglik wolframu można spawać ze stalą?

W produkcji przemysłowej często istnieje potrzeba połączenia odpornych na zużycie części z węglika wolframu (takich jak wykładziny odporne na zużycie, krawędzie tnące narzędzi) z elementami ze stali o wysokiej wytrzymałości (takimi jak podstawy sprzętu, wsporniki). To połączenie wykorzystuje odporność na zużycie węglika wolframu i wytrzymałość stali. W tym momencie wiele osób zastanawia się: "Czy węglik wolframu można spawać bezpośrednio ze stalą?" Jako praktyk branżowy z wieloletnim doświadczeniem w rozwiązywaniu takich problemów, jasna odpowiedź brzmi:Tak, można to zrobić, ale nie jest to łatwe.

Znaczące różnice we właściwościach materiałowych między węglikiem wolframu a stalą (np. temperatura topnienia, charakterystyka rozszerzalności cieplnej) oznaczają, że powszechne metody spawania często prowadzą do pęknięć. Jednak niezawodne połączenie można osiągnąć, wybierając odpowiedni proces spawania i opanowując kluczowe techniki. Ten artykuł wyjaśnia podstawowe powody, dla których spawanie jest trudne, 3 możliwe metody przemysłowe, praktyczne scenariusze zastosowań i środki ostrożności, aby uniknąć awarii - wszystko oparte na rzeczywistym doświadczeniu fabrycznym, zapewniając jasność i trafność dla zastosowań przemysłowych.

Podstawowe wyzwanie w spawaniu węglika wolframu (WC) ze stalą (np. stal węglowa, stal nierdzewna) wynika z ich odmiennych właściwości materiałowych, przede wszystkim w trzech aspektach:

Stal zazwyczaj ma temperaturę topnienia 1450–1550°C, podczas gdy węglik wolframu wykazuje słabą stabilność w wysokich temperaturach: powyżej 1300°C ma tendencję do rozkładu (uwalniania węgla), a nawet staje się kruchy. Wysokie temperatury konwencjonalnego spawania (np. spawanie łukowe, które często przekracza 1500°C) bezpośrednio uszkadzają węglik wolframu, czyniąc go nieskutecznym, zanim powstanie mocne połączenie.

Podczas spawania materiały rozszerzają się po podgrzaniu i kurczą po ochłodzeniu. Stal ma znacznie wyższy współczynnik rozszerzalności cieplnej niż węglik wolframu: na przykład stal węglowa ma współczynnik około 12×10⁻⁶/°C, podczas gdy węglik wolframu ma tylko 5×10⁻⁶/°C. Podczas chłodzenia stal kurczy się znacznie bardziej niż węglik wolframu, tworząc ogromne naprężenia termiczne, które powodują pęknięcia spoiny lub pękanie węglika wolframu.

Stal jest plastycznym metalem, który może się odkształcać pod wpływem naprężeń bez pękania. Natomiast węglik wolframu jest kompozytem ceramicznym (złożonym z kryształów wolframu-węgla i spoiw kobaltowych) i jest z natury kruchy. Ta różnica oznacza, że po spawaniu odkształcenie stali pod obciążeniem jest bezpośrednio przenoszone na węglik wolframu, prowadząc do kruchego pęknięcia.

Scenariusze zastosowań: 2. 3 Możliwe metody przemysłowe spawania węglika wolframu ze stalą (ze scenariuszami zastosowań)

2.1 Twarde lutowanie (najczęstsze, niski koszt)

• Olej, warstwy tlenków lub rdza na powierzchniach spoiny pogorszą zwilżalność metalu wypełniającego lub dyfuzję atomową, prowadząc do uszkodzenia połączenia. Konkretne kroki:Wady: Niższa wytrzymałość połączenia niż spawanie topliwe, słaba odporność na uderzenia i nieodpowiednie do zastosowań o dużym obciążeniu lub częstych uderzeniach.
• Powierzchnia stalowa: Usunąć rdzę szczotką drucianą lub wytrawianiem kwasem, a następnie przeszlifować, aby utworzyć szorstką powierzchnię (chropowatość Ra 1,6–3,2 μm) w celu poprawy przyczepności do metalu wypełniającego. Na koniec wyczyścić acetonem za pomocą niestrzępiącej się szmatki.Wykładziny odporne na zużycie do sprzętu górniczego (np. spawanie bloków węglika wolframu do stalowych podstaw kruszarek);
• 3.2 Ściśle kontroluj temperaturę i czas spawaniaPierścienie ścierne do pomp (np. spawanie pierścieni z węglika wolframu do wewnętrznych ścian stalowych obudów pomp w celu zwiększenia odporności na zużycie).
• Twarde lutowanie: Utrzymuj temperaturę w zakresie 800–1100°C (unikaj przekraczania 1100°C, aby zapobiec rozkładowi węglika wolframu). Czas nagrzewania powinien być wystarczający do stopienia wypełniacza i wypełnienia szczelin (zazwyczaj 10–30 sekund na część).Spawanie dyfuzyjne: Utrzymuj temperaturę w zakresie 600–1000°C i równomierne ciśnienie (aby uniknąć pękania węglika wolframu z powodu zlokalizowanych naprężeń). Czas trzymania zależy od grubości części (zwykle 1–3 godziny dla pełnej dyfuzji atomowej).
  • Zasada procesu: Połączenie niskiej temperatury i wysokiego ciśnienia zapobiega rozkładowi węglika wolframu, jednocześnie promując dyfuzję atomową. Nie jest potrzebny metal wypełniający - wiązanie opiera się na ruchu atomów w samych materiałach, co skutkuje wytrzymałością spoiny zbliżoną do wytrzymałości materiałów podstawowych.
  • Zalety: Niezwykle wysoka wytrzymałość połączenia, brak widocznego interfejsu spoiny, doskonałe uszczelnienie, odpowiednie do precyzyjnych części lub wymagań wysokiej wytrzymałości oraz minimalny wpływ na właściwości materiału po spawaniu.
  • Wady: Wysoka inwestycja w sprzęt (wymagane są specjalistyczne piece dyfuzyjne wysokotemperaturowe i wysokociśnieniowe), długie cykle produkcyjne (każda spoina zajmuje kilka godzin), wysoki koszt i nieodpowiednie dla dużych lub nieregularnych części.

Scenariusze zastosowań: Szpule do zaworów hydraulicznych (np. spawanie powierzchni uszczelniających z węglika wolframu do stalowych szpul w celu uzyskania szczelności);

• Olej, warstwy tlenków lub rdza na powierzchniach spoiny pogorszą zwilżalność metalu wypełniającego lub dyfuzję atomową, prowadząc do uszkodzenia połączenia. Konkretne kroki:2.3 Spawanie laserowe (elastyczne, odpowiednie do złożonych kształtów i napraw)
• Powierzchnia stalowa: Usunąć rdzę szczotką drucianą lub wytrawianiem kwasem, a następnie przeszlifować, aby utworzyć szorstką powierzchnię (chropowatość Ra 1,6–3,2 μm) w celu poprawy przyczepności do metalu wypełniającego. Na koniec wyczyścić acetonem za pomocą niestrzępiącej się szmatki.Zalety: Szybka prędkość spawania, mała strefa wpływu ciepła, możliwość spawania złożonych kształtów (np. zakrzywione powierzchnie, krawędzie małych otworów), odpowiednie do produkcji małoseryjnej lub napraw części oraz estetyczny wygląd spoiny.
• 3.2 Ściśle kontroluj temperaturę i czas spawaniaScenariusze zastosowań:
• Twarde lutowanie: Utrzymuj temperaturę w zakresie 800–1100°C (unikaj przekraczania 1100°C, aby zapobiec rozkładowi węglika wolframu). Czas nagrzewania powinien być wystarczający do stopienia wypełniacza i wypełnienia szczelin (zazwyczaj 10–30 sekund na część).Spawanie dyfuzyjne: Utrzymuj temperaturę w zakresie 600–1000°C i równomierne ciśnienie (aby uniknąć pękania węglika wolframu z powodu zlokalizowanych naprężeń). Czas trzymania zależy od grubości części (zwykle 1–3 godziny dla pełnej dyfuzji atomowej).
  • Małe precyzyjne części (np. spawanie punktów zużycia z węglika wolframu do stalowych rdzeni zaworów o średnicach ≤10 mm).
  • 3. 4 Kluczowe wskazówki operacyjne, aby uniknąć awarii spawania
  • Nawet przy odpowiedniej metodzie spawania, niewłaściwa obsługa może prowadzić do pęknięć spoin, oderwania węglika wolframu lub innych problemów. W oparciu o doświadczenie przemysłowe, skup się na tych czterech krytycznych krokach:

• Olej, warstwy tlenków lub rdza na powierzchniach spoiny pogorszą zwilżalność metalu wypełniającego lub dyfuzję atomową, prowadząc do uszkodzenia połączenia. Konkretne kroki:Powierzchnia węglika wolframu: Szlifować papierem ściernym o gradacji 800–1000 w celu usunięcia tlenków, aż do uzyskania jednolitego metalicznego połysku. Wytrzeć alkoholem lub acetonem, aby usunąć pył szlifierski i olej.
• Powierzchnia stalowa: Usunąć rdzę szczotką drucianą lub wytrawianiem kwasem, a następnie przeszlifować, aby utworzyć szorstką powierzchnię (chropowatość Ra 1,6–3,2 μm) w celu poprawy przyczepności do metalu wypełniającego. Na koniec wyczyścić acetonem za pomocą niestrzępiącej się szmatki.Przypadek negatywny: Warsztat nie usunął w pełni oleju z podstawy stalowej przed twardym lutowaniem. Chociaż początkowe inspekcje wykazały dobre połączenie, blok węglika wolframu oderwał się po 1 tygodniu eksploatacji - z powodu słabej przyczepności między metalem wypełniającym a stalą zanieczyszczoną olejem.
• 3.2 Ściśle kontroluj temperaturę i czas spawaniaTemperatura i czas są krytyczne dla jakości spawania; dostosuj je w oparciu o metodę i rodzaj materiału:
• Twarde lutowanie: Utrzymuj temperaturę w zakresie 800–1100°C (unikaj przekraczania 1100°C, aby zapobiec rozkładowi węglika wolframu). Czas nagrzewania powinien być wystarczający do stopienia wypełniacza i wypełnienia szczelin (zazwyczaj 10–30 sekund na część).Spawanie dyfuzyjne: Utrzymuj temperaturę w zakresie 600–1000°C i równomierne ciśnienie (aby uniknąć pękania węglika wolframu z powodu zlokalizowanych naprężeń). Czas trzymania zależy od grubości części (zwykle 1–3 godziny dla pełnej dyfuzji atomowej).
  • Spawanie laserowe: Dostosuj moc lasera w oparciu o grubość części (zazwyczaj 500–1500 W). Użyj ogrzewania impulsowego (cykle ogrzewanie-pauza-ogrzewanie) z 1–2 sekundami na impuls, aby zapobiec przegrzaniu.
  • 3.3 Użyj warstwy przejściowej, aby złagodzić naprężenia termiczne
  • Aby rozwiązać problem niedopasowanej rozszerzalności cieplnej, włóż warstwę przejściową (np. blachę ze stopu niklu, blachę ze stopu miedzi) między węglik wolframu a stal. Jej współczynnik rozszerzalności cieplnej mieści się pomiędzy dwoma materiałami, działając jako bufor w celu zmniejszenia naprężeń chłodzenia:

Wynik: Producent sprzętu górniczego zmniejszył wskaźnik pęknięć spoin z 40% do poniżej 8% poprzez dodanie warstwy przejściowej ze stopu niklu podczas spawania wykładzin odpornych na zużycie z węglika wolframu.

Szybkie chłodzenie po spawaniu (np. hartowanie w wodzie) nasila naprężenia termiczne i powoduje pękanie. Użyj powolnego chłodzenia, aby uwolnić naprężenia:

• Naturalne powolne chłodzenie: Umieść spawane części w suchym, wolnym od wiatru środowisku i pozostaw do naturalnego ostygnięcia na ponad 24 godziny. Unikaj narażenia na niskie temperatury lub przeciągi.Obróbka cieplna w niskiej temperaturze: Jeśli to możliwe, umieść części w piecu do odpuszczania, utrzymuj temperaturę w zakresie 200–300°C przez 2–4 godziny, a następnie schładzaj z piecem do temperatury pokojowej. To dodatkowo uwalnia naprężenia wewnętrzne i poprawia stabilność połączenia.
• 4. Wyjaśnienie typowych nieporozumień4.1 "Im wyższa wytrzymałość spoiny, tym lepiej"

Dążenie do nadmiernej wytrzymałości spoiny jest nieskuteczne. Wrodzona kruchość węglika wolframu oznacza, że zbyt mocne połączenie przeniesie odkształcenie stali bezpośrednio na węglik wolframu, powodując jego pęknięcie. Dobra spoina równoważy "niezawodność" i "buforowanie naprężeń", aby uniknąć kruchej awarii.4.2 "Wszystkie węgliki wolframu można spawać"

<5%) ma słabą przyczepność do wypełniaczy lub metali podstawowych, co prowadzi do niepowodzenia spawania. Wybierz gatunki z 8–15% kobaltu dla lepszej kompatybilności.

• 4.3 "Nie jest wymagana żadna kontrola po spawaniu"Kontrola jest krytyczna dla zapewnienia jakości. Po spawaniu należy przeprowadzić kontrole wizualne (pod kątem pęknięć, porowatości), testy mechaniczne (próby rozciągania, uderzeniowe) i testy szczelności (dla części uszczelnionych), aby uniknąć wadliwych części powodujących awarie sprzętu.
• WnioskiSpawanie węglika wolframu ze stalą jest całkowicie wykonalne, ale wymaga wyboru odpowiedniej metody w oparciu o przeznaczenie części, rozmiar i wymagania dotyczące wydajności:
• Wybierz twarde lutowanie

Wybierz

• spawanie dyfuzyjne do precyzyjnych części i wymagań wysokiej wytrzymałości;
• Wybierz spawanie laserowe

Ściśle przestrzegając przygotowania powierzchni, kontroli temperatury, użycia warstwy przejściowej i powolnego chłodzenia, możesz uniknąć pęknięć i oderwania, uzyskując niezawodne połączenie, które łączy odporność na zużycie węglika wolframu i wytrzymałość stali.

• Jeśli Twoje części wiążą się ze specjalnymi warunkami pracy (np. bardzo duży rozmiar, bardzo wysokie ciśnienie, silna korozja) i nie jesteś pewien odpowiedniego procesu spawania, skontaktuj się z nami
• . Możemy zapewnić niestandardowe rozwiązania, a nawet przeprowadzić przykładowe testy spawania, aby upewnić się, że produkt końcowy spełnia wymagania przemysłowe.