nouvelles de l'entreprise Le carbure de tungstène peut-il être soudé à l'acier ?

Dans la production industrielle, il est souvent nécessaire de combiner des pièces en carbure de tungstène résistantes à l'usure (comme les revêtements d'usure, les bords de coupe des outils) avec des composants en acier de haute résistance (comme les bases des équipements).,Cette combinaison tire parti de la résistance à l'usure du carbure de tungstène et de la ténacité de l'acier." En tant que professionnel de l' industrie avec des années d' expérience dans ce domaine, la réponse est claire:Oui, c'est possible, mais ce n'est pas facile.

Les différences significatives entre les propriétés des matériaux du carbure de tungstène et de l'acier (point de fusion, caractéristiques de dilatation thermique) font que les méthodes de soudage courantes entraînent souvent des fissures.CependantDans cet article, on explique les principales raisons pour lesquelles le soudage est difficile, 3 méthodes industrielles réalisables,scénarios d'application pratique, et les précautions à prendre pour éviter les défaillances, toutes fondées sur l'expérience réelle de l'usine, assurant la clarté et la pertinence pour l'utilisation industrielle.

Le défi fondamental dans le soudage du carbure de tungstène (WC) à l'acier (par exemple, l'acier au carbone, l'acier inoxydable) découle de leurs propriétés matérielles distinctes, principalement sous trois aspects:

L'acier a généralement un point de fusion de 1 450 °C à 1 550 °C, tandis que le carbure de tungstène présente une faible stabilité à des températures élevées: au-dessus de 1 300 °C,il a tendance à se décomposer (libérer du carbone) et même à devenir fragileLes températures élevées du soudage conventionnel (par exemple, le soudage à l'arc, qui dépasse souvent 1 500 °C) endommagent directement le carbure de tungstène, le rendant inefficace avant la formation d'une liaison forte.

L'acier a un coefficient de dilatation thermique beaucoup plus élevé que le carbure de tungstène: par exemple,l'acier au carbone a un coefficient d'environ 12×10−6/°CPendant le refroidissement, l'acier se contracte beaucoup plus que le carbure de tungstène, créant un stress thermique massif qui provoque des fissures de soudure ou une fracturation du carbure de tungstène.

L'acier est un métal ductile qui peut se déformer sous contrainte sans se casser.le carbure de tungstène est un composite céramique (composé de cristaux de tungstène-carbone et de liants de cobalt) et est intrinsèquement fragileCette différence signifie qu'après le soudage, la déformation de l'acier sous charge est transférée directement au carbure de tungstène, ce qui entraîne une fracture fragile.

Le cas industriel: Un atelier a tenté une fois de souder des lames de carbure de tungstène sur des porte-outils en acier en utilisant le soudage à l'arc classique.La contraction du support d'acier a provoqué une fissuration complète des lames de carbure de tungstène le long de la soudure, rendant inutile le lot entier de pièces..

Malgré les défis, des solutions industrielles matures existent pour cette tâche de soudage.Les stratégies de base sont "contrôle de la température pour protéger le carbure de tungstène" et "atténuation des contraintes pour éviter les fissures." Voici les trois méthodes les plus utilisées:

• Principe du processus: Les températures de chauffage sont contrôlées entre 800°C et 1100°C. Elles sont suffisamment élevées pour faire fondre le remplissage mais suffisamment basses pour empêcher la décomposition ou la fragilité du carbure de tungstène.le remplissage solidifié crée une liaison mécanique et métallurgique partielle.
• Les avantages: faibles exigences en matière d'équipement (travaux de chauffage au four à flamme ou à résistance), faible coût, adapté à la production en série, dommages thermiques minimaux au carbure de tungstène et efficacité de soudage élevée.
• Les défauts: résistance à la liaison inférieure à celle du soudage par fusion, faible résistance aux chocs et impropre aux applications à forte charge ou à haute fréquence.
• Scénarios d'application:
  • Les équipements utilisés pour les mines doivent être équipés d'un dispositif d'équipement d'équipement d'équipement d'équipement d'équipement d'équipement d'équipement d'équipement de travail.
  • outils de coupe généraux (p. ex. raccordement des bords de carbure de tungstène à des corps de planche de travail du bois en acier);
  • Anneaux d'usure pour pompes (par exemple, soudage d'anneaux de carbure de tungstène aux parois intérieures des carénages de pompes en acier pour améliorer la résistance à l'usure).

Le cas industriel: un fabricant de bétonniers a utilisé un brasage à base de cuivre pour fixer de petits blocs de carbure de tungstène aux lames du bétonier.avec une réduction globale des coûts d'environ 30%.

• Principe du processus: La combinaison de basse température et haute pression empêche la décomposition du carbure de tungstène tout en favorisant la diffusion atomique.Aucun métal de remplissage n'est nécessaire. La liaison repose sur le mouvement atomique des matériaux eux-mêmes., ce qui donne une résistance de soudure proche de celle des matériaux de base.
• Les avantages: résistance à la liaison extrêmement élevée, aucune interface de soudure visible, excellent scellement, adapté aux pièces de précision ou aux exigences de haute résistance, et impact minimal sur les propriétés du matériau après le soudage.
• Les défauts: investissement de matériel élevé (exigence de fours de diffusion spécialisés à haute température et haute pression), cycles de production longs (chaque soudure prend plusieurs heures), coût élevé,et inaptitude pour les pièces grandes ou irrégulières.
• Scénarios d'application:
  • Les "systèmes" visés à l'article 1 sont les systèmes de traitement des déchets et de traitement des déchets, y compris les systèmes de traitement des déchets.
  • Les "systèmes de mesure" sont les systèmes de mesure de la température et de la température utilisés pour les systèmes de mesure de la température.
  • Composants aérospatiaux de haute résistance (qui exigent à la fois la ténacité de l'acier et la résistance à l'usure du carbure de tungstène, avec des exigences strictes en matière de fiabilité).

• Principe du processus: L'énergie concentrée du laser limite le chauffage à une petite surface (diamètre de la piscine fondue typiquement de 0,5 à 2 mm), permettant un contrôle précis de la température et de la chaleur.Le métal de remplissage compense les différences de matériaux entre le carbure de tungstène et l'acier, améliorant la compatibilité des soudures.
• Les avantages: vitesse de soudage rapide, zone affectée par la chaleur réduite, capacité à souder des formes complexes (par exemple, surfaces incurvées, bords de trous petits), adapté à la production de petits lots ou à la réparation de pièces,et l'apparence esthétique de la soudure.
• Les défauts: coût élevé de l'équipement (les soudeurs laser à fibre sont chers), exigences élevées de compétences pour les opérateurs (contrôle précis de la mise au point laser est nécessaire) et inadéquation pour les pièces extra-grandes.
• Scénarios d'application:
  • Réparation de pièces usées (par exemple, soudage de couches de carbure de tungstène pour restaurer les dimensions des arbres d'acier usés);
  • Fabrication d'outils irréguliers (par exemple, assemblage des têtes de coupe du carbure de tungstène au manche d'acier pour les fraiseuses sur mesure);
  • Pièces de petite précision (par exemple, soudage des points d'usure du carbure de tungstène sur des noyaux de vannes en acier dont le diamètre est ≤ 10 mm).

Même avec la bonne méthode de soudage, un mauvais fonctionnement peut entraîner des fissures de soudage, le détachement du carbure de tungstène ou d'autres problèmes.

L'huile, les couches d'oxyde ou la rouille sur les surfaces de soudage nuisent à l'humidification du métal de remplissage ou à la diffusion atomique, ce qui entraîne une défaillance de la liaison.

• Surfaces de carbure de tungstène: sable avec du papier de ponçage de 800 ‰ 1 000 grains pour éliminer les oxydes jusqu'à ce qu'un lustre métallique uniforme soit visible. essuyer avec de l'alcool ou de l'acétone pour éliminer la poussière et l'huile de ponçage.
• Surface en acier: éliminer la rouille à l'aide d'une brosse à fil ou d'un décapage à l'acide, puis le sabler pour créer une surface rugueuse (graisse Ra 1,6 ∼ 3,2 μm) afin d'améliorer l'adhérence avec le métal de remplissage.nettoyer avec de l'acétone à l'aide d'un chiffon sans peluche.

Cas négatifUn atelier n'a pas réussi à éliminer complètement l'huile d'une base d'acier avant le brasage.le bloc de carbure de tungstène détaché après une semaine de fonctionnement en raison d'une mauvaise adhérence entre le métal de remplissage et l'acier contaminé par l'huile.

La température et le temps sont essentiels à la qualité du soudage; ajustez-les en fonction de la méthode et du type de matériau:

• Le brasage à chaud: maintenir une température comprise entre 800°C et 1 100°C (éviter de dépasser 1 100°C pour éviter la décomposition du carbure de tungstène).Le temps de chauffage doit être juste suffisant pour faire fondre le remplissage et remplir les lacunes (généralement 10 à 30 secondes par pièce).
• Liens par diffusion: maintenir des températures de 600 à 1 000 °C et une pression uniforme (pour éviter la fracturation du carbure de tungstène par contrainte localisée).Le temps de rétention dépend de l'épaisseur de la pièce (généralement 1 à 3 heures pour une diffusion atomique complète).
• Soudage au laser: Ajustez la puissance du laser en fonction de l'épaisseur de la pièce (typiquement 500-1500 W). Utilisez un chauffage par impulsion (cycles chaleur-pause-chaleur) à 1 à 2 secondes par impulsion pour éviter la surchauffe.

Pour remédier à l'expansion thermique incohérente, insérer une couche de transition (par exemple, feuille d'alliage de nickel, feuille d'alliage de cuivre) entre le carbure de tungstène et l'acier.Son coefficient de dilatation thermique se situe entre les deux matériaux, agissant comme tampon pour réduire la contrainte de refroidissement:

• Mise en œuvre: Couper la couche de transition pour qu'elle corresponde à la taille de la zone de soudage, la mettre entre le carbure de tungstène et l'acier, et souder l'ensemble ensemble.5 mm (l'épaisseur excessive réduit la résistance globale de la liaison).
• Résultat: Un fabricant d'équipements miniers a réduit les taux de fissuration des soudures de 40% à moins de 8% en ajoutant une couche de transition en alliage de nickel lors du soudage des revêtements d'usure au carbure de tungstène.

Le refroidissement rapide après le soudage (par exemple, l'éteinte dans l'eau) exacerbe le stress thermique et provoque des fissures.

• Refroidissement lent naturel: Placer les pièces soudées dans un environnement sec et sans vent et laisser refroidir naturellement pendant plus de 24 heures.
• Tempérance à basse température: Lorsque cela est possible, placer les pièces dans un four de trempage, maintenir à 200°C pendant 2 à 4 heures, puis refroidir avec le four à température ambiante..

La fragilité inhérente du carbure de tungstène signifie qu'une liaison trop forte transfère la déformation de l'acier directement au carbure de tungstène,causant une fractureUne bonne soudure équilibre la "fiabilité" et le " tamponage des contraintes " pour éviter les défaillances fragiles.

La teneur en cobalt affecte considérablement la soudabilité. Le carbure de tungstène à faible teneur en cobalt (<5%) a une faible adhérence aux charges ou aux métaux communs, ce qui entraîne une défaillance du soudage.Pour une meilleure compatibilité, choisissez des qualités contenant 8 à 15% de cobalt.

L'inspection est essentielle pour assurer la qualité. Après le soudage, effectuer des contrôles visuels (pour les fissures, la porosité), des essais mécaniques (essais de traction, d'impact),et essais d'étanchéité (pour les pièces scellées) afin d'éviter que des pièces défectueuses causent des pannes d'équipement.

Le soudage du carbure de tungstène à l'acier est tout à fait faisable, mais il faut choisir la bonne méthode en fonction de l'usage, de la taille et des performances de la pièce:

• Choisissezbrasage à la chaleurpour la production de masse et les besoins en résistance modérée;
• Choisissezliaison par diffusionpour les pièces de précision et les exigences de haute résistance;
• Choisissezsoudage au laserpour des formes ou des réparations complexes.

En suivant strictement la préparation de la surface, le contrôle de la température, l'utilisation de la couche de transition et le refroidissement lent, vous pouvez éviter les fissures et le détachement,réalisation d'une liaison fiable combinant la résistance à l'usure du carbure de tungstène et la ténacité de l'acier.

Si vos pièces sont soumises à des conditions de travail particulières (par exemple, taille extra-grande, pression ultra-haute, corrosion forte) et que vous n'êtes pas sûr du procédé de soudage approprié,N'hésitez pas à vous joindre à nous.Nous pouvons fournir des solutions personnalisées et même effectuer des tests de soudage d'échantillons pour nous assurer que le produit final répond aux exigences industrielles.