3.2 硬质合金钎料与钎剂

（1）钎料选择

对硬质合金钎料的主要要求如下。

① 钎料应对被钎焊硬质合金和钢基体有良好的润湿能力，保证钎料具有良好的流动性与渗透性。

② 硬质合金的使用特点之一是有较高的红硬性，所以要保证钎焊焊缝在常温和高温下有足够的强度。

③ 钎料的熔点要尽可能地低，以减小钎焊应力，防止发生裂纹，但钎料的熔点要高于焊缝的工作温度300℃，以保证刀具在高速切削时能正常工作。

④ 钎料中不应含有低蒸发点的元素，以免在钎焊加热时因钎料中的元素蒸发而影响接头质量或有害于人体健康。

硬质合金与钢的钎焊通常用铜基及银基钎料，常用钎料及相配用的钎剂见表5。

表5 常用钎料及相配用的钎剂

钎    料		钎剂及其配方（质量分数）/%
型   号	熔化温度/℃
B-Cu62Zn B-Cu60ZnMn 801 B-Cu47ZnMnNiCo(84)	900～905 890～905 890～911 855～865	200(前苏联)：硼酐66，硼砂19，氟化钙15 YJ-6：硼酸80，硼砂14.5，氟化钙5.5
B-Ag45CuZn(HL303) B-Ag50ZnCuCdNi(HL315)	660～725 632～688	QJ102：脱水氟化钾42，氟硼酸钾23，硼酐35

硬质合金与钢钎焊的钎料根据熔点和钎焊温度分为高温钎料、常温钎料和低温钎料三大类。钎焊温度在1000℃以上的钎料称为高温钎料，如紫铜和106钎料等；中温钎料的钎焊温度在850～1000℃之间，如H62、H68黄铜钎料等；低温钎料是指钎焊温度在650～850℃之间，如B-Ag-1和L-Ag-49等含银钎料。常见的硬质合金与钢钎焊用钎料的成分、性能及使用范围见表6。

表6 常见的硬质合金与钢钎焊用钎料的成分、性能和使用范围

钎料名称	化 学 成 分 /％									熔点 /℃	使用范围
	Cu	Fe	Ni	Mn	Si	Al	Zn	Sn	Ag
铜铁镍合金 铜镍合金 铜锌镍合金 （白铜）	72 70 68.7	12 － －	10 30 27.5	4.2 － －	1.8 － －	－ － 0.3	－ － 3.0	－ － －	－ － －	1200 1220 1170	适于大负荷及切削刃温度在900℃以下的切削加工
电解铜 含镍黄铜	99.9 68	－ －	－ 5	－ －	－ －	－ －	－ 27	－ －	－ －	1083 1000	适于大负荷及切削刃温度在700℃以下的切削加工
H68黄铜 锰黄铜 105焊料 H62黄铜	68 60 58 62	－ 1.2 － －	－ － － －	－ 1.2 4 －	－ － － －	－ － － －	32 37.6 38 38	－ － － －	－ － － －	950 920 909 900	适于中负荷切削加工，工作温度在600℃以下者
银基焊料 106焊料 107焊料 B-Ag-1 L-Ag-49	30 － 58 18 15	－ － － － －	－ － － 5 －	－ 20 4 8 －	－ － － － －	－ － － － －	24.7 － 38 20 16	0.3 － － － －	45 80 － 49 45	820 970 909 700 615	适于镶焊低钴和高钛合金，如YG3，YG2，YG3X及YT30等

注：L-Ag-49钎料还含有24%Cd。

紫铜钎料的钎焊温度高而焊缝强度低，多用于真空钎焊。纯铜钎料属单相组织，比较容易控制钎焊温度，对各类硬质合金都有良好的润湿能力，塑性好、价格最便宜。紫铜钎焊焊缝的剪切应力在150MPa左右，可在400℃以下使用。

H68黄铜的钎焊温度比紫铜低得多，但因焊缝强度过低，不经常使用。H62黄铜的熔点和钎焊温度比较低，焊缝具有一定的室温强度，是比较常用的硬质合金钎料。一般用于钎焊在中、小负荷条件下使用的硬质合金工具。需要高温强度的焊缝或焊接面较小的情况下，应采用105钎料。

L-Ag-49低温银钎料在国外使用比较普遍，因其熔点较低（690～710℃），对硬质合金有较好的润湿性，有钎焊方便和应力小等优点。必要时还可以使用紫铜片做补偿垫片，几乎可以完全消除钎焊应力，避免钎焊裂纹。可用于钎焊一些易裂的硬质合金或一些大钎焊面的硬质合金工具。由于用L-Ag-49银钎料钎焊的工件随着使用温度的提高，焊缝强度迅速下降，所以用L-Ag-49钎料的工件工作温度应限制在200℃以下。与L-Ag-49银钎料配合使用的钎剂中含有较多的氟化物和氯化物，对焊后清理工作要求较高，否则会因清洗不干净而导致工件表面腐蚀。

B-Ag-1钎料是一种超低温银钎料，熔点在600～610℃左右，能使硬质合金接头的残余应力进一步降低，也可用紫铜片做补偿垫片来钎焊一些易裂的工件。由于B-Ag-1银钎料的超低熔点且对碳化钨有良好的润湿性，也适用于金刚石大锯片等某些金刚石工具的钎焊。但B-Ag-1银钎料的价格高、高温强度低，只适宜在低于150℃的温度下使用。该钎料中镉含量为24%，钎焊温度较高时容易蒸发，有害于人体健康。钎焊时除了必须控制钎焊温度外，还应在钎焊操作处安装排气装置。钎焊后也应注意将工件清洗干净，以免工件腐蚀。

（2）钎剂的选择

钎剂的作用是使刀杆和硬行焊表面的氧化物还原，使钎料能很好地润湿被钎焊的金属表面。一般钎剂的熔点人低于钎料熔点100℃以上，并有较好的流动性和较低的黏度。钎焊加热过程中熔化了的钎剂能保护钎料和钎焊面，同时起到对氧化物的还原作用。常用硬质合金与钢钎焊用钎剂的化学成分和适用范围见表7。

表7 常用硬质合金与钢钎焊钎剂的化学成分和适用范围

Na2B4O7	B2O3	H2B4O7	KF	LiCl2	NaF/CaF2	适用范围
100	－	－	－	－	－	适于熔点在850℃以上的硬焊料焊接
70	－	30	－	－	－	适于熔点在1000℃以下的焊料焊接用
85	－	－	15	－	－	适用于高碳化钛类硬质合金焊接
80	20	－	－	－	－	适于熔点在1000℃以下的焊料焊接用
55	15	－	20	－	10	适于高碳化钛硬质合金焊接用
60	30	－	－	－	10	适于钨钴和钨钛钴类硬质合金焊接用
70	－	10	20	－	－	适于钨钛钴类硬质合金焊接用
50	－	35	15	－	－	适用于低温银焊料
－	70	－	－	30	－	适用于低温银焊料

硼砂是硬质合金与钢钎焊时最常用的钎剂，使用中应注意各种硼砂的适用范围。

① 工业硼砂（生硼砂） 在使用前应先进行脱水处理，因为工业硼砂内含有10份结晶水（Na₂B₄O₇.10H₂O），再加上在空气中吸收了大量水分，在钎焊加热过程中会产生大量泡沫，不但使钎焊操作困难，而且也影响焊缝的质量，最好不采用。

② 脱水硼砂（Na₂B₄O₇） 可用于钎焊各种牌号的硬质合金工作，钎焊温度范围在850～1150℃左右，适合用为紫铜、黄铜、Cu-Zn钎料、银钎料等的钎焊熔剂，但不适于熔点低于800℃的钎料钎焊。脱水硼砂存放时必须注意防潮，若受潮应烘干后再使用。

硼砂的脱水处理是将工业硼砂盛在钢制坩埚内，将坩埚放入850℃的电阻炉或焦炭炉内加热，加热过程中坩埚内的硼砂冒出大量的白色泡沫。随着加热温度的升高，泡沫逐渐减少，直至泡沫消失。等硼砂全部融化成液体时即可停止加热，将坩埚内绿色透明的液态硼砂倒在铁盒内，冷却后即自动裂碎成绿色玻璃状碎块。脱水后的硼砂颜色与熔炼时间长短有关，熔炼时间越长硼砂的颜色越深，但对钎焊的质量没有影响。将熔炼后的硼砂块捣碎，用60～80目筛子过筛后装入瓶内待用。

③ 脱水硼砂（85%～90%）+氟化钾（10%～15%）的混合熔剂 主要用于YT60、YT30等牌号硬质合金的钎焊。因氟化钾有毒性，钎焊时在加热设备附近必须装有强力通风设备，及时将有害气体排出。

氟化物和氯化物有较强的吸水性，在配制含有氟化物和氯化物的熔剂时，也应进行脱水处理。脱水是氟化物和氯化物放在陶瓷或不锈钢的坩埚中加热至270℃左右，保温3～4h，直到不冒烟为止。脱水后的氟化物和氯化物应储存在密闭的玻璃容器内。在使用含氟化物或氯化物的熔剂时应注意通风，及时排除有害气体。钎焊后及时清洗焊件，以免残余的熔剂腐蚀焊缝和基体金属。

大多数钎剂都容易吸潮，要注意密封保存，做到随用随取。也可以钎剂预先调制成糊状，糊状熔剂是将配制好的钎剂加少量酒精、松香油、凡士林油等调成糊状，涂抹在待焊的工件表面。使用低温银钎料时，也可用水将钎剂调成糊状使用，糊状钎剂应现用现配。

3.3 硬质合金与钢的钎焊工艺

（1）焊前准备

① 焊前应先检查硬质合金是否有裂纹、弯曲或凸凹不平等缺陷。钎焊面必须平整，如果是球形或矩形的硬质合金钎焊面也应符合一定的几何形状，保证合金与基体之间有良好的接触，才能保证钎焊质量。

② 对硬质合金进行喷砂处理，没有喷砂设备的情况下，可用手拿住硬质合金，在旋转着的绿色碳化硅砂轮上磨去钎焊面上的氧化层和黑色牌号字母。如不去除硬质合金钎焊面上的氧化层，钎料不易润湿硬质合金。经验证明，钎焊面上若有氧化层或黑色牌号字母，应进行喷砂处理，否则钎料不易润湿硬质合金，钎缝中仍会出现明显的黑色字母，使钎焊面积减少，发生脱焊现象。

③ 在清理硬质合金钎焊面时，最好不用化学机械研磨或电解磨削等方法处理，因为它们都是靠腐蚀硬质合金表面层的黏结剂（钴）来加快研磨或提高磨削效率的，而硬质合金表面的钴被腐蚀掉后，钎料就很难再润湿硬质合金，容易造成脱焊现象。特殊情况下，硬质合金钎焊面必须用上述方法或电火花线切割处理时，可将处理后的硬质合金再进行喷砂处理或用碳化硅砂轮磨去表面层。喷砂后的硬质合金可用汽油、酒精清洗，以去除油污。

④ 钎焊前应仔细检查钢基体上的槽形是否合理，尤其是对易裂牌号的硬质合金和大钎焊面的硬质合金工件，更应严格要求。刀槽也进行喷砂处理和清洗去除油污。清洗量大时，可采用碱性溶液煮沸10～15min。高频或浸铜钎焊的多刃刀具及复杂量具，最好用饱和硼砂水溶液煮沸20～30min，取出烘干后再进行焊接。

⑤ 钎料使用前用酒精或汽油擦净，并根据钎焊面裁剪成形。钎焊一般硬质合金刀具或模具时，钎料厚度0.4～0.5mm左右比较合适，大小与钎焊面相似即可。当用焦炭炉加热时，钎料可适当增加。在钎焊硬质合金多刃刀具、量具等工件时，应尽量缩小钎焊片的面积，一般可将钎料片剪成钎焊面的1/2左右，当钎焊技术熟练时，可将钎料片减少至钎焊面的1/3或更小。减少钎料可使焊后工件外形美观、刃磨更方便。

（2）钎焊过程

硬质合金工具的钎焊工艺是否正确对焊接质量有至关重要的作用。加热速度对焊接质量有明显的影响。快速加热会使硬质合金片产生裂纹和温度不均；但加热过慢，又会引起表面氧化，使接头强度降低。部分硬质合金焊接时允许的加热速度见表8。

表8 部分硬质合金焊接时允许的加热速度

硬质合金片长度 /mm	YG8	YT5	YT15	YT30
	焊接时允许的加热速度/℃·s-1
20以下 20～40	80～100 20～30	60～80 15～20	50～60 12～15	30～40 10～12

    焊接硬质合金工具时，均匀加热刀杆和硬质合金片是保证焊接质量的基本条件之一。如果硬质合金片加热温度高于刀杆，熔化后的钎料润湿了硬质合金片而不能润湿刀杆，接头强度就会降低，在沿焊层剪切合金片时，钎料不破坏，而随合金片脱开。在焊层上还可看到刀杆支撑面铣刀痕迹。如加热速度过快，刀杆温度高于合金片时，会出现相反的现象。

钎剂、钎料和硬质合金安放顺序和相互位置对钎焊质量有直接的影响。正确的安放方法是：将钎料放在刀槽上，撒上钎剂，再放硬质合金，在硬质合金顶面沿侧面焊缝处再撒上一层钎剂。这样在钎焊时便于掌握钎焊温度，减少焊缝外黏附的多余钎料。

硬质合金与钢氧－乙炔钎焊的操作技术要点如下。

① 为了防止硬质合金刀片在钎焊过程中脱碳或过烧，要选用碳化焰。

② 钎焊温度1000℃左右为宜，即硬质合金刀片加热呈亮红色。如果刀片呈暗红色或白亮色时不能钎焊，因为前者温度过低，后者温度过高，已出现过烧现象。

③ 焊炬由左向右、由右向左、由上向下反复对刀体进行加热，使刀体和刀片受热均匀一致。

④ 钎焊时焊嘴与刀杆的间距约为50mm，焊嘴与刀杆端倾斜角度为110º，这样可保证有效地利用火焰热量和加热平衡。钎焊过程中，要使火焰始终覆盖在整个钎焊部位，使之与空气隔离，以防止氧化或产生气孔。

⑤ 钎焊速度应按刀片的大小来确定。钎焊40钢与YT15硬质合金车刀应尽量在1min内完成，这样能有效地防止硬质合金过烧或脱碳。

⑥ 钎焊之后，需用火焰对刀片部位进行加热，然后慢慢地将焊嘴离开，使焊件缓慢冷却，以防止裂纹。

钎焊过程中要正确地控制工件的钎焊温度。钎焊温度过高，会造成焊缝氧化和含锌钎料中锌元素的蒸发；钎焊温度过低，焊缝会因钎料的流动性不好而偏厚，焊缝内有大量的气孔和夹渣，这是造成脱焊的主要原因。钎焊温度应比钎料熔点高30～50℃，这时钎料的流动性、渗透性好，易于渗透布满整个焊缝。钎料熔化后用紫铜加压棒将硬质合金沿槽窝往复移动2～3次，以排除焊缝中的熔渣。移动距离约为硬质合金长度的1/3左右。

钎焊后的冷却速度是影响钎焊裂纹的主要因素之一。冷却时硬质合金片表面产生瞬时拉应力，硬质合金的抗拉应力大大低于抗压应力。尤其是YT60、YT30、YG3X等硬质合金钎焊面积较大以及基体小而硬质合金较大的工件，更应注意钎焊后的冷却速度。通常是将焊后工件立即插入石灰槽或木炭粉槽中，使工件缓慢冷却。这种方法操作简单，但是无法控制回火温度。有条件的可在钎焊后立即将工件放入220～250℃的炉内回火6～8h。采用低温回火处理能消除部分钎焊应力，减少裂纹和延长硬质合金工具的使用寿命。

（3）焊后清理

要对焊好的硬质合金工件进行焊后清理，以便将焊缝周围残余的熔剂清除干净，否则在刀具刃磨时多余的熔剂会将砂轮堵塞，使磨削困难。焊后残留的熔剂也会腐蚀焊缝和基体。常用的清除方法是将焊后已冷却的工件放入沸水中煮1～2h左右，然后再进行喷砂处理，即可清除焊缝四周黏附的残余钎剂及氧化物等；或将工件放入酸洗槽中进行酸洗（盐酸浓度为1:1），酸洗时间大约1～4min，然后放入冷水槽和热水槽中反复清洗干净。

（4）钎焊质量检验

主要检查硬质合金与钢钎焊接头质量以及硬质合金有无裂纹存在。正常的焊缝应均匀无黑斑，钎料未填满的焊缝不大于焊缝总长的10%，焊缝宽度应小于0.15mm。刀片钎焊歪斜，不符合图纸要求者应重焊。硬质合金刀片的裂纹倾向可用下列方法检查。

① 刀具经喷砂清理后，先用煤油清洗，然后用肉眼或放大镜观察。当刀片上有裂纹时，表面上会出现明显的黑线。

② 用65%的煤油、30%的变压器油及5%的松节油调成溶液，加入少量苏丹红，将预检查的工具放入该溶液中浸泡约10～15min，取出用清水洗净，涂上一层高岭土，烘干后检查表面，如工具上有裂纹，溶液的颜色便在白土上显示出来，用肉眼可明显地看到。