Puntos de conocimiento de las herramientas de diamantes de soldadura (Parte 2)

Palabras clave: Diamond, herramientas de diamantes, materiales de soldadura, tecnología de soldadura, aplicación de tecnología de soldadura en herramientas de diamantes

 

En el artículo anterior, exploramos la aplicación de la tecnología de soldadura en las herramientas de diamantes. Continuemos con el siguiente artículo.

El artículo anterior cubre:

1. Herramientas de diamantes y sus clasificaciones

2. Formas de conexiones de diamantes

3. Aplicaciones de la tecnología de soldadura en herramientas de diamantes

4. Diferencia de soldadura durante la sinterización de la matriz de diamantes

5. Soldadura de herramientas de diamantes de una sola capa

 

Este artículo cubre:

6. Soldadura de segmentos de diamantes a la matriz

7. Soldadura de compuestos de diamantes

8. Equipos y procesos de soldadura de herramientas de diamantes

9. Tendencias de desarrollo en la soldadura de herramientas de diamantes

10. Conclusión

 

 

Las herramientas de diamantes a menudo se fabrican mediante puntas de diamantes de soldadura y sus sustratos. La soldadura es el método principal utilizado en las herramientas de aserración, corte, molienda y perforación cotidianas. Si bien estas herramientas vienen en una variedad de formas, la comunidad se encuentra en la soldadura de los compuestos porosos y complejos hechos de metalurgia en polvo al acero de aleación.

 

Las herramientas de diamantes funcionan en condiciones duras, que a menudo funcionan a altas velocidades, bajo vibración y a altas temperaturas. Por lo tanto, Breading Diamond Tool Tips es un desafío. Para mejorar la eficiencia de las herramientas de diamantes, los requisitos para cortar la velocidad y la velocidad de alimentación aumentan constantemente, lo que a su vez requiere herramientas de diamantes para poseer una mayor resistencia a la articulación. En el enfoque técnico para mejorar la fuerza de la articulación de la llave, el material de soldadura y el proceso de soldadura se complementan y se refuerzan entre sí; En el enfoque técnico para mejorar la eficiencia de la soldadura, el proceso de soldadura y el soporte de equipos de soldadura y reforzados entre sí.

 

La temperatura de fusión del metal de llenado de soldadura está estrechamente relacionada con la sinterización de la punta de la herramienta y debe seleccionarse en función de la temperatura de sinterización. La resistencia del metal de relleno de soldadura también debe considerarse a la luz de las condiciones de funcionamiento de la herramienta. Cuando soldadura con puntas de herramientas de diamantes para sustratos de herramientas, el material de soldadura debe cumplir con los siguientes requisitos: la temperatura de fusión del material de soldadura debe estar por debajo de 850 grados, preferiblemente lo más bajo posible; El material de soldadura debe tener una buena humectabilidad y propiedades de flujo moderado tanto para la matriz de punta de la herramienta de diamante como para el sustrato de herramientas; El material de soldadura también debe exhibir una buena resistencia y estabilidad a la fatiga, capaz de resistir altas temperaturas transitorias de 300-400 grados; Y el proceso de soldadura debería ser simple de operar, empleando soldadura de inducción convencional o soldadura de llama.

 

El proceso de soldadura influye principalmente en las propiedades mecánicas de las articulaciones soldadas de la herramienta de diamante, incluido el espesor de la lámina de soldadura, el tratamiento previo a la solilla, el tiempo de calentamiento, la velocidad de calentamiento, el tiempo de mantenimiento y el tratamiento posterior a la solilla. Estos factores determinan la humectabilidad, la porosidad, la tasa de inclusión, el grosor de la costura de soporte y el estrés residual en la zona afectada por el calor (HAZ).

 

El grosor de la lámina de soldadura influye en el grosor de la costura de la tensión, lo que a su vez afecta la resistencia al corte y la resistencia de la fatiga de la articulación soldada. La investigación experimental ha demostrado que cuando la soldadura de las herramientas de diamantes que usan la misma composición de metal de relleno y proceso de soldadura, el rendimiento general de la articulación de la lámpara es mejor cuando el grosor del metal de relleno está entre 0.20 y 0.28 mm (el grosor de metal de relleno se puede reducir a 0.15 mm durante la reelaboración). Un grosor de metal de relleno más pequeño da como resultado una humectación insuficiente de la interfaz entre la punta de la herramienta y la base de la herramienta, lo que resulta en una eficiencia de soldadura deficiente y una menor resistencia de las articulaciones. Además, durante el proceso de soldadura, elementos como estaño, plomo, aluminio, hierro, tungsteno y titanio en la punta de la herramienta se difunden y se disuelven en la soldadura, la fragilidad de la estructura articular y la resistencia de la articulación reducida. El grosor de metal de relleno excesivo puede conducir fácilmente a los poros en la articulación, reduciendo el área de soldadura efectiva y reduciendo la resistencia al corte.

 

La formación de la junta metálica de relleno está estrechamente relacionada con todo el proceso de calefacción. Factores como la velocidad de calentamiento, la temperatura de soldadura, el tiempo de mantenimiento y la velocidad de enfriamiento pueden afectar la humectabilidad y la porosidad de la articulación soldada, alterando así las propiedades mecánicas de la articulación. Durante la producción, a menudo se usan tasas de calefacción más altas para mejorar la eficiencia. Sin embargo, las tasas de calentamiento excesivamente altas pueden dar lugar a mayores tensiones residuales en la articulación, afectando las propiedades mecánicas de la soldadura. Debido a las diferencias significativas en los coeficientes de expansión lineal de los diversos componentes en las puntas de las herramientas de diamantes, por ejemplo, el carburo de tungsteno, el tungsteno y el cromo tienen coeficientes de expansión lineal bajos, mientras que ZINC, plomo, estaño, manganeso y cobalto tienen altos coeficientes de expansión lineal, los diversos componentes experimentan diferentes deformaciones tras la calentamiento interno, generando el estrés interno. Sin embargo, las tasas de calentamiento excesivamente lentas no solo reducen la eficiencia de producción, sino que también exacerban la oxidación del metal de soldadura, impactando negativamente la articulación de la herramienta de diamante. Se puede utilizar un proceso de calefacción de dos etapas para abordar este desafío de la tasa de calefacción: primero calentar la pieza de trabajo a 400-500 grados, mantener la temperatura durante un período específico y luego continuar calentando el proceso de soldadura. La temperatura de soldadura tiene un impacto significativo en las propiedades mecánicas de la articulación. Las temperaturas de soldadura excesivamente altas hacen que el metal de relleno de soldadura se evapore, lo que resulta en los poros. Además, el metal de relleno es susceptible a la oxidación, produciendo inclusiones de escoria y debilitando la resistencia de la articulación. Las temperaturas de soldadura excesivamente bajas reducen la fluidez del metal de relleno, lo que hace que las inclusiones de escoria sean más probables, lo que lleva a soldaduras falsas y debilita la resistencia de la articulación.

 

El uso de la vibración de alta frecuencia durante la soldadura puede mejorar la eficiencia de la soldadura y reducir el estrés térmico residual. La tecnología de control de flujo magnético puede mejorar la eficiencia energética, reducir el consumo de energía y mejorar la eficiencia laboral.

 

Los tratamientos previos y posteriores a la presentación afectan significativamente la calidad de la soldadura. Antes de soldar, la superficie de soldadura debe estar molida para eliminar la capa de óxido. El espacio entre la punta de la herramienta y la base debe ser uniforme después de la molienda. Los métodos comunes para eliminar las capas de óxido de superficie incluyen molienda con un molinillo, archivos y arenablas. Después de la soldadura, las herramientas de diamantes deben enfriarse lentamente o aislarse para minimizar la velocidad de enfriamiento, lo que ayuda a reducir el estrés térmico posterior a la solilla. En la producción, un método más económico es usar asbesto para el aislamiento. Después de la soldadura, la superficie de la pieza de trabajo a menudo conserva una gran cantidad de escoria de óxido y flujo de soldadura. Estos deben limpiarse utilizando arena de arena u otros métodos para evitar la corrosión. Después de la limpieza, la costura de soldadura debe ser inspeccionada para su calidad. Una buena costura de soldadura exhibe una superficie suave, brillante y curva sin poros o grietas notables.

 

 

 

El compacto de diamante policristalino (PDC) es un cristal compuesto formado por polvo de diamante sinterizado y un aglutinante con carburo cementado a alta temperatura y alta presión. PDC cuenta con ventajas como alta resistencia al desgaste, altos módulos elásticos, alta dureza, isotropía y conductividad térmica relativamente alta. Las herramientas de PDC se han convertido en el material de elección para herramientas de alta gama como herramientas de perforación de petróleo, brocas de perforación de carbón y herramientas de corte de alta velocidad y alta precisión. La soldadura es un proceso clave en la fabricación de herramientas de PDC, y el uso generalizado de PDC ha establecido mayores requisitos técnicos en la tecnología de soldadura.

 

La soldadura de herramientas PDC esencialmente implica la soldadura de carburo al cuerpo de acero para herramientas. Debido a que tanto el carburo como el acero para herramientas tienen excelentes propiedades de soldadura, las herramientas PDC ofrecen una amplia gama de metales de relleno de soldadura y procesos de soldadura. Se pueden usar metales de relleno a base de plata o cobre, y se pueden emplear métodos de calefacción y calentamiento de llama de inducción. La soldadura de inducción de alta frecuencia, con su baja contaminación ambiental y alta eficiencia de producción, se ha convertido en el método de soldadura predominante para las herramientas PDC en todo el mundo. Debido a la alta precisión y la alta resistencia de las herramientas PDC, la precisión de la soldadura, la resistencia de la costura de soporte y la calidad de la costura de la llave son problemas técnicos críticos. Las herramientas de PDC pueden fallar de tres maneras principales: desprendimiento de hoja PDC desde la base de herramientas; fractura de hoja; y daño a la base de herramientas. Para abordar estos tres modos de falla, la calidad de la herramienta PDC se garantiza a través de materiales de soldadura optimizados y procesos de soldadura apropiados.

 

Actualmente, los metales de relleno de soldadura de PDC específicos de PDC presentan un alto contenido de plata, junto con elementos como níquel, manganeso y cobalto. Estos rellenos exhiben una excelente humectabilidad para el carburo cementado, la alta resistencia a la soldadura y una diferencia de temperatura de fase sólida-líquido generalmente controlada entre 50 grados y 80 grados.

 

Para abordar el problema del desapego de la hoja, los ingenieros se comprometen a mejorar el rendimiento del material de soldadura, como reemplazar los metales de relleno de mayor resistencia como Bag40Cuznni, Bag45Cuzn y Bag50Cuzn. Sin embargo, se ha pasado por alto el proceso de soldadura. Debido a la naturaleza frágil de las láminas compuestas PDC, el uso de materiales y procesos de soldadura con temperaturas de fusión excesivamente altas puede provocar grietas, astillas, desintegración y astillas en las sábanas compuestas. La investigación ha demostrado que la temperatura de soldadura permitida para las hojas de PDC de alta calidad no debe exceder los 780-800 grados, mientras que para las hojas PDC de calidad general no debe exceder los 750 grados.

 

 

 

Debido a la amplia variedad y variedad de herramientas de diamantes, los procesos y equipos de soldadura resultantes son numerosos. Solución de soldadura de llamas, soldadura de baño de sal, soldadura por inducción, soldadura por resistencia, soldadura por horno, soldadura de vacío y soldadura por láser compiten entre sí. Actualmente, la soldadura de inducción y la soldadura de vacío son los procesos dominantes.

 

La soldadura de llamas es un método de soldadura desarrollado temprano. El equipo requerido es simple y liviano, la fuente de gas está ampliamente disponible y el costo del proceso es bajo. Sin embargo, su temperatura de calentamiento es difícil de controlar y se ha eliminado gradualmente del mercado principal.

 

La soldadura del baño de sal ofrece calefacción rápida y uniforme, alta eficiencia de soldadura y menos deformación del metal base durante la soldadura, lo que lo hace adecuado para la producción en masa. Sin embargo, la soldadura de baño de sal deja una gran cantidad de flujo en la pieza de trabajo después de la soldadura, lo que resulta en una gran cantidad de aguas residuales y contaminación ambiental de la limpieza posterior a la soldado. Además, el equipo de soldadura de baño de sal es costoso, el proceso es complejo y el ciclo de producción es largo. Más importante aún, la tendencia de la fabricación verde está eliminando la soldadura por inmersión para las herramientas de diamantes.

 

La soldadura de inducción de alta frecuencia ofrece calefacción rápida y alta eficiencia de soldadura; Es fácil de operar e intensivo en mano de obra; Y puede frenar varias formas complejas y piezas de trabajo de múltiples dientes. Al usar alimentación automática, protección de atmósfera o soldadura por inducción al vacío, las articulaciones exhiben una excelente apariencia y calidad soldada. Este método no solo ofrece bajos costos de producción para una sola soldadura, sino que también permite que el sustrato se vuelva a solucionar y reutilice. Con el aumento de los costos de mano de obra en la fabricación de herramientas de diamantes y las crecientes demandas de calidad de soldadura consistente, la soldadura automática de inducción se ha convertido en el método principal para la soldadura de las herramientas de aserración de diamantes. La soldadura automática de inducción de las herramientas de diamantes permite la separación automática de dientes, la identificación automática y la recolección de cuchillas, y la alimentación automática de almohadillas de soldadura. Ofrece ventajas como alta precisión de soldadura, articulaciones sólidas y soldadas y larga vida útil. Una persona puede operar múltiples máquinas, reduciendo significativamente los costos laborales.

 

La soldadura de resistencia se usa comúnmente para soldaduras de varillas de perfección, y produce una excelente calidad de soldadura. Sin embargo, debido a la alta temperatura general de la cuchilla, esto afecta la vida útil del diamante. Actualmente, solo unas pocas compañías usan este proceso.

 

La soldadura del horno (soldadura continua de atmósfera) se utiliza principalmente en la producción de pequeñas cuchillas de sierra y herramientas de diamantes de forma especial. Generalmente utiliza hidrógeno y nitrógeno, generado por la descomposición del amoníaco, como gases reductores. El calentamiento es lento y uniforme, lo que resulta en articulaciones soldadas estéticamente agradables, calidad confiable y una superficie de pieza brillante. También cuenta con una alta eficiencia de producción y bajos costos de soldadura, lo que lo hace adecuado para la producción en masa.

 

La soldadura al vacío, que generalmente utiliza calentamiento de radiación de un horno de resistencia, ofrece una alta eficiencia de producción y calentamiento uniforme, lo que lo hace adecuado para soldadura y herramientas de diamantes grandes. Actualmente, la soldadura de vacío de herramientas de diamantes de una sola capa se usa ampliamente en la fabricación de herramientas de restauración, ruedas de molienda, herramientas de piedra y herramientas de vidrio. La soldadura al vacío de las herramientas de diamantes de múltiples capas también tiene prospectos prometedoras de aplicaciones industriales.

 

En los últimos años, la soldadura por láser ha ganado gradualmente la aplicación en la producción de herramientas de diamantes de una sola capa. La soldadura por láser calienta la pieza de trabajo rápidamente, minimizando el tiempo que el diamante permanece a alta temperatura durante el proceso de soldadura, evitando efectivamente la grafitización. Además, el proceso de soldadura por láser logra una disposición ordenada de partículas de diamantes, lo que resulta en una alta eficiencia de calentamiento y un control preciso de temperatura. Es capaz de mecanizar superficies curvas complejas, cuenta con un alto grado de automatización y ofrece un entorno de trabajo favorable. La soldadura con láser se puede usar para soldar piezas de trabajo grandes, complejas y de forma irregular, mientras evita la proximidad y los efectos de la piel asociados con la soldadura de inducción de alta frecuencia.

 

 

 

La soldadura de herramientas de diamantes se ha convertido en una ocupación especializada, consumiendo casi 1,000 toneladas de materiales de soldadura anualmente y empleando decenas de miles de personas a nivel nacional. La industria está floreciendo, y hay cinco tendencias de consenso: automatización, fabricación verde, procesos integrados, fabricación de alta calidad y fabricación rentable.

 

La automatización y la fabricación verde son conceptos fundamentales y proyectos clave de Made in China 2025. Los costos laborales en la industria de las herramientas de diamantes están aumentando, incluso amenazando el desarrollo de la industria. La soldadura automatizada es una necesidad común de la industria. Todos los productos con grandes volúmenes de producción se están moviendo hacia la soldadura automatizada. Actualmente, la soldadura automatizada de las cuchillas de sierra se está volviendo cada vez más madura, y el equipo de soldadura automatizado para otros productos es inminente.

 

La fabricación verde abarca la reducción de las emisiones, la conservación de los materiales, la mejora de la eficiencia energética y la reducción del consumo de energía. La soldadura de herramientas de diamantes ha hecho un progreso rápido en la reducción del consumo de materiales y la conservación de la energía, pero el progreso ha sido más lento en la adopción de metales de llenado de soldadura sin cadmio y sin flujo y la reducción del uso de flujo. Las herramientas de diamantes (como brocas, selecciones, cuchillas de sierra y herramientas de corte) son productos disipativos. El metal de llenado de soldadura dentro de ellos agota durante el funcionamiento normal. Los elementos como el plomo y el cadmio en el metal de relleno se pueden liberar al aire, el suelo y el agua, contaminando el medio ambiente. Los humanos pueden ingerir algunos elementos, potencialmente dañando la salud humana.

 

Los procesos de soldadura combinados, incluidos la inducción de llama, la soldadura de inducción y el horno de inducción-inducción, permiten la soldadura rápida y de posposición de herramientas complejas a gran escala. Esto acorta el tiempo de soldadura, mejora la durabilidad y la confiabilidad de la herramienta, y extiende la vida útil de la herramienta.

 

La mejora de la calidad exige una vida de fatiga más larga para las articulaciones soldadas, y los defectos en la costura de fruado son un factor importante que afecta la vida de la fatiga. Por lo tanto, a medida que aumenta la vida de las herramientas sobrealimentadas, existe una creciente demanda de reducir continuamente los defectos en la costura de precluido y mejorar la calidad de las articulaciones soldadas. Cuando los materiales y procesos de soldadura son apropiados, la limpieza de metales de relleno es un factor clave que influye en la formación de defectos.

 

La economía es una demanda eterna de la industria manufacturera. La soldadura de baja plata, soldadura a base de cobre, soldadura compuesta y soldadura prefabricada son las principales instrucciones para ahorrar costos de soldadura; El proceso de soldadura eficiente y la tecnología de soldadura de alta confiabilidad son otra forma de reducir los costos de soldadura.

 

 

(1) Las herramientas de diamantes son de varios tipos, y la tecnología de soldadura es una tecnología clave en la fabricación de diversas herramientas.

(2) La tecnología de soldadura tiene cuatro aplicaciones principales en la fabricación de herramientas de diamantes: soldadura por difusión en la sinterización de la cabeza del cortador, soldadura de cabeza de cortador, soldadura de herramientas de diamantes de una sola capa y soldadura de herramientas PDC.

(3) El polvo previamente aleado es una forma efectiva de mejorar el rendimiento integral de las cabezas de cortador de diamantes. El polvo activo pre-aleyed puede mejorar sinérgicamente la nitidez y la vida útil de las herramientas de diamantes.

(4) La tecnología clave para la soldadura de los cabezales de cortador de diamantes es el metal de relleno de soldadura personalizado y el proceso de soldadura eficiente. La tecnología clave para las herramientas PDC de soldadura es el metal de relleno de soldadura de alta calidad. La tecnología clave para la soldadura de las herramientas de diamantes de una sola capa es el equipo y el metal de relleno de soldadura.

(5) La soldadura de las herramientas de diamantes se está desarrollando hacia la automatización, la ecografía, la integración de procesos, la mejora de la calidad y la economía.