Soldadura fuerte de acero para herramientas y carburo cementado

1. Material de soldadura fuerte

(1) Los aceros para herramientas de soldadura fuerte y los carburos cementados suelen utilizar cobre puro, cobre-zinc y plata-cobre como metales de aportación. El cobre puro presenta buena humectabilidad para todo tipo de carburos cementados, pero el mejor efecto se obtiene soldando en atmósfera reductora de hidrógeno. Al mismo tiempo, debido a la alta temperatura de soldadura, la tensión en la unión es elevada, lo que aumenta la propensión a la fisuración. La resistencia al corte de la unión soldada con cobre puro es de aproximadamente 150 MPa y su plasticidad también es alta, pero no es adecuada para trabajos a alta temperatura.

El metal de aporte de cobre y zinc es el más utilizado para la soldadura fuerte de aceros para herramientas y carburos cementados. Para mejorar la humectabilidad de la soldadura y la resistencia de la unión, se suelen añadir Mn, Ni, Fe y otros elementos de aleación. Por ejemplo, se añade w (MN) al 4% a b-cu58znmn para que la resistencia al corte de las uniones soldadas de carburo cementado alcance los 300-320 MPa a temperatura ambiente; a 320 °C, mantiene una temperatura de 220-240 MPa. La adición de una pequeña cantidad de CO en la base de b-cu58znmn puede alcanzar los 350 MPa, lo que mejora significativamente la tenacidad al impacto y la resistencia a la fatiga, prolongando así la vida útil de las herramientas de corte y perforación de roca.

El bajo punto de fusión del metal de aportación para la soldadura fuerte de plata y cobre, así como la menor tensión térmica de la unión soldada, reducen la tendencia del carburo cementado a agrietarse durante la soldadura. Para mejorar la humectabilidad de la soldadura, la resistencia y la temperatura de trabajo de la unión, se suelen añadir Mn, Ni y otros elementos de aleación. Por ejemplo, la soldadura b-ag50cuzncdni presenta una excelente humectabilidad para el carburo cementado, y la unión soldada posee buenas propiedades integrales.

Además de los tres tipos de metales de aporte para soldadura fuerte mencionados anteriormente, se pueden seleccionar metales de aporte para soldadura fuerte a base de Mn y Ni, como b-mn50nicucrco y b-ni75crsib, para trabajos de carburo cementado a temperaturas superiores a 500 °C que requieren una alta resistencia de la unión. Para la soldadura fuerte de acero de alta velocidad, se debe seleccionar un metal de aporte especial con una temperatura de soldadura fuerte que coincida con la temperatura de temple. Este metal de aporte se divide en dos categorías: uno es el metal de aporte de tipo ferromanganeso, que se compone principalmente de ferromanganeso y bórax. La resistencia al corte de la unión soldada es generalmente de unos 100 MPa, pero la unión es propensa a las grietas; otro tipo de aleación especial de cobre que contiene Ni, Fe, Mn y Si no es fácil de producir grietas en las uniones soldadas, y su resistencia al corte puede aumentarse hasta 300 MPa.

(2) La selección del fundente para soldadura fuerte y del fundente para soldadura fuerte con gas de protección debe ser acorde con el metal base y el metal de aportación que se vaya a soldar. Para la soldadura fuerte de acero para herramientas y carburo cementado, se utilizan principalmente fundentes de bórax y ácido bórico, con adición de fluoruros (KF, NaF, CaF₂, etc.). Los fundentes Fb301, fb302 y fb105 se utilizan para la soldadura de cobre-zinc, y los fundentes fb101 a fb104 para la soldadura de plata-cobre. El fundente de bórax se utiliza principalmente cuando se utiliza un metal de aportación especial para la soldadura fuerte de acero de alta velocidad.

Para evitar la oxidación del acero para herramientas durante el calentamiento y la limpieza posterior, se puede utilizar soldadura con gas protector. El gas protector puede ser un gas inerte o un gas reductor, y su punto de rocío debe ser inferior a -40 °C. El carburo cementado se puede soldar con hidrógeno, y su punto de rocío debe ser inferior a -59 °C.

2. Tecnología de soldadura fuerte

El acero para herramientas debe limpiarse antes de soldar, y la superficie mecanizada no necesita ser demasiado lisa para facilitar la humectación y distribución de los materiales y el fundente. La superficie del carburo cementado debe arenarse antes de soldar, o pulirse con carburo de silicio o una muela de diamante para eliminar el exceso de carbono y humectarse con el metal de aportación durante la soldadura. El carburo cementado que contiene carburo de titanio es difícil de humectar. Se aplica una pasta de óxido de cobre o de níquel sobre su superficie de una manera innovadora y se cuece en atmósfera reductora para facilitar la transición de cobre o níquel a la superficie, aumentando así la humectabilidad de la soldadura fuerte.

La soldadura fuerte del acero al carbono para herramientas debe realizarse preferiblemente antes o simultáneamente con el proceso de temple. Si la soldadura fuerte se realiza antes del temple, la temperatura de solidificación del metal de aportación utilizado debe ser superior al rango de temperatura de temple, de modo que la pieza soldada mantenga la resistencia suficiente al recalentarse a la temperatura de temple sin fallas. Al combinar la soldadura fuerte y el temple, se debe seleccionar el metal de aportación con una temperatura de solidificación cercana a la temperatura de temple.

El acero aleado para herramientas tiene una amplia gama de componentes. El metal de aportación para la soldadura fuerte, el proceso de tratamiento térmico y la tecnología de combinación de ambos procesos deben determinarse según el tipo de acero específico para obtener un buen rendimiento de la unión.

La temperatura de temple del acero de alta velocidad suele ser superior a la de fusión de las soldaduras de plata, cobre y cobre-zinc, por lo que es necesario templar el acero antes de la soldadura fuerte y soldar durante o después del revenido secundario. Si se requiere temple después de la soldadura fuerte, solo se puede utilizar el metal de aporte especial para soldadura fuerte mencionado anteriormente. Para la soldadura fuerte de herramientas de corte de acero de alta velocidad, es recomendable utilizar un horno de coque. Una vez fundido el metal de aporte, se retira la herramienta de corte y se presuriza inmediatamente, se extruye el exceso de metal de aporte, se realiza el temple en aceite y se templa a 550 ~ 570 ℃.

Al soldar la hoja de carburo cementado con la barra de herramientas de acero, se debe adoptar el método de aumentar el espacio de soldadura y aplicar una junta de compensación de plástico en el espacio de soldadura, y se debe realizar un enfriamiento lento después de la soldadura para reducir la tensión de soldadura, evitar grietas y prolongar la vida útil del conjunto de herramientas de carburo cementado.

Tras la soldadura con fibra, los residuos de fundente de la pieza soldada se lavarán con agua caliente o una solución de decapado general, y luego se decaparán con una solución adecuada para eliminar la película de óxido de la varilla de la herramienta base. Sin embargo, tenga cuidado de no usar ácido nítrico para evitar la corrosión del metal de la unión de soldadura fuerte.