hakkında şirket haberleri Tungsten Karbür Çeliğe Kaynak Yapılabilir mi?

Endüstriyel üretimde, aşınmaya dayanıklı tungsten karbür parçaların (aşınma astarları, takım kesme kenarları gibi) yüksek mukavemetli çelik bileşenlerle (ekipman tabanları, braketler gibi) birleştirilmesi ihtiyacı sıklıkla ortaya çıkar. Bu kombinasyon, tungsten karbürün aşınma direncinden ve çeliğin tokluğundan yararlanır. Bu noktada birçok kişi merak ediyor: "Tungsten karbür doğrudan çeliğe kaynak yapılabilir mi?" Bu tür sorunları ele alma konusunda yılların deneyimine sahip bir endüstri uygulayıcısı olarak, net cevap şudur:Evet, yapılabilir, ancak kolay değildir..

Tungsten karbür ve çelik arasındaki malzeme özelliklerindeki önemli farklılıklar (örneğin, erime noktası, termal genleşme özellikleri), yaygın kaynak yöntemlerinin genellikle çatlaklara yol açması anlamına gelir. Ancak, doğru kaynak yönteminin seçilmesi ve temel tekniklerin ustalaşılmasıyla güvenilir bir bağ elde edilebilir. Bu makale, kaynak yapmanın neden zor olduğuna dair temel nedenleri, 3 uygulanabilir endüstriyel yöntemi, pratik uygulama senaryolarını ve başarısızlığı önlemek için alınması gereken önlemleri açıklamaktadır; hepsi gerçek fabrika deneyimine dayanmaktadır ve endüstriyel kullanım için netlik ve alaka sağlar.

Tungsten karbürün (WC) çeliğe (örneğin, karbon çeliği, paslanmaz çelik) kaynak yapımındaki temel zorluk, öncelikle üç açıdan farklı malzeme özelliklerinden kaynaklanmaktadır:

Çelik tipik olarak 1.450–1.550°C erime noktasına sahipken, tungsten karbür yüksek sıcaklıklarda zayıf kararlılık gösterir: 1.300°C'nin üzerinde, ayrışma (karbon salınımı) eğilimindedir ve hatta kırılgan hale gelir. Geleneksel kaynak yöntemlerinin (örneğin, genellikle 1.500°C'yi aşan ark kaynağı) yüksek sıcaklıkları, güçlü bir bağ oluşmadan önce tungsten karbüre doğrudan zarar verir ve onu etkisiz hale getirir.

Kaynak sırasında malzemeler ısıtıldığında genleşir ve soğutulduğunda büzülür. Çelik, tungsten karbüre göre çok daha yüksek bir termal genleşme katsayısına sahiptir: örneğin, karbon çeliği yaklaşık 12×10⁻⁶/°C'lik bir katsayıya sahipken, tungsten karbürünki yalnızca 5×10⁻⁶/°C'dir. Soğuma sırasında, çelik tungsten karbüre göre çok daha fazla büzülür ve kaynak çatlaklarına veya tungsten karbürün kırılmasına neden olan büyük termal gerilimler yaratır.

Çelik, kırılmadan gerilme altında deforme olabilen sünek bir metaldir. Buna karşılık, tungsten karbür, seramik benzeri bir kompozittir (tungsten-karbon kristalleri ve kobalt bağlayıcılarından oluşur) ve doğası gereği kırılgandır. Bu farklılık, kaynak yapıldıktan sonra, çeliğin yük altındaki deformasyonunun doğrudan tungsten karbüre aktarılması ve kırılgan kırılmaya yol açması anlamına gelir.

Endüstriyel Örnek Olay: Bir atölye, geleneksel ark kaynağı kullanarak tungsten karbür bıçakları çelik takım tutuculara kaynak yapmaya çalıştı. Soğuma sırasında, çelik tutucunun büzülmesinden kaynaklanan termal gerilim, tungsten karbür bıçakların kaynak boyunca tamamen çatlamasına neden oldu ve tüm parça partisini işe yaramaz hale getirdi.

Zorluklara rağmen, bu kaynak görevi için olgun endüstriyel çözümler mevcuttur. Temel stratejiler, "tungsten karbürü korumak için sıcaklığı kontrol etmek" ve "çatlamayı önlemek için gerilimi azaltmak"tır. Aşağıda en yaygın olarak kullanılan üç yöntem bulunmaktadır:

• Proses İlkesi: Isıtma sıcaklıkları 800–1.100°C arasında kontrol edilir; dolguyu eritmek için yeterince yüksek, ancak tungsten karbürün ayrışmasını veya kırılganlaşmasını önlemek için yeterince düşüktür. Soğutulduğunda, katılaşmış dolgu, mekanik ve kısmi bir metalurjik bağ oluşturur.
• Avantajları: Düşük ekipman gereksinimleri (alev veya direnç fırını ısıtması çalışır), düşük maliyet, seri üretim için uygun, tungsten karbüre minimum termal hasar ve yüksek kaynak verimliliği.
• Dezavantajları: Füzyon kaynağına göre daha düşük bağ mukavemeti, zayıf darbe direnci ve yüksek yük veya yüksek frekanslı darbe uygulamaları için uygun değildir.
• Uygulama Senaryoları:
  • Madencilik ekipmanları için aşınma astarları (örneğin, tungsten karbür blokların çelik kırıcı tabanlarına kaynaklanması);
  • Genel kesici takımlar (örneğin, tungsten karbür kenarların çelik ağaç işleme planya gövdelerine birleştirilmesi);
  • Pompalar için aşınma halkaları (örneğin, tungsten karbür halkaların çelik pompa kasalarının iç duvarlarına kaynaklanması, aşınma direncini artırmak için).

Endüstriyel Örnek Olay: Bir beton mikseri üreticisi, küçük tungsten karbür blokları çelik mikser bıçaklarına tutturmak için bakır bazlı lehimleme kullandı. Bıçakların hizmet ömrü 3 aydan 12 aya uzadı ve toplam maliyet yaklaşık %30 azaldı.

• Proses İlkesi: Düşük sıcaklık ve yüksek basıncın kombinasyonu, tungsten karbürün ayrışmasını önlerken atomik difüzyonu teşvik eder. Dolgu metali gerekmez; bağlama, malzemelerin içindeki atomik harekete dayanır ve baz malzemelerinkine yakın kaynak mukavemeti sağlar.
• Avantajları: Son derece yüksek bağ mukavemeti, görünür kaynak arayüzü yok, mükemmel sızdırmazlık, hassas parçalar veya yüksek mukavemet gereksinimleri için uygun ve kaynak sonrası malzeme özellikleri üzerinde minimum etki.
• Dezavantajları: Yüksek ekipman yatırımı (özel yüksek sıcaklık, yüksek basınçlı difüzyon fırınları gereklidir), uzun üretim döngüleri (her kaynak birkaç saat sürer), yüksek maliyet ve büyük veya düzensiz parçalar için uygun değildir.
• Uygulama Senaryoları:
  • Hidrolik valfler için makaralar (örneğin, sızdırmaz performans için tungsten karbür sızdırmazlık yüzeylerinin çelik makaralara kaynaklanması);
  • Hassas kalıp ekleri (örneğin, tungsten karbür zımbaların boyutsal doğruluk için çelik soğuk damgalama kalıp çerçevelerine birleştirilmesi);
  • Yüksek mukavemetli havacılık bileşenleri (hem çeliğin tokluğunu hem de tungsten karbürün aşınma direncini gerektiren, sıkı güvenilirlik talepleriyle).

• Proses İlkesi: Lazerin yoğun enerjisi, ısıtmayı küçük bir alana (tipik olarak 0,5–2 mm çapında erimiş havuz) sınırlar ve sıcaklığın ve ısı girdisinin hassas kontrolüne izin verir. Bu, termal gerilimi en aza indirir. Dolgu metali, tungsten karbür ve çelik arasındaki malzeme farklılıklarını telafi ederek kaynak uyumluluğunu artırır.
• Avantajları: Hızlı kaynak hızı, küçük ısıdan etkilenen bölge, karmaşık şekillerin (örneğin, kavisli yüzeyler, küçük delik kenarları) kaynaklanabilmesi, küçük partili üretim veya parça onarımları için uygun ve estetik kaynak görünümü.
• Dezavantajları: Yüksek ekipman maliyeti (fiber lazer kaynak makineleri pahalıdır), operatörler için yüksek beceri gereksinimleri (lazer odağının hassas kontrolü gerekir) ve ekstra büyük parçalar için uygun değildir.
• Uygulama Senaryoları:
  • Aşınmış parçaların onarımı (örneğin, aşınmış çelik millerinin boyutlarını geri kazanmak için tungsten karbür katmanlarının kaynaklanması);
  • Düzensiz takımların üretimi (örneğin, özel freze kesiciler için tungsten karbür kesme kafalarının çelik 刀柄'a birleştirilmesi);
  • Küçük hassas parçalar (örneğin, çapı ≤10 mm olan çelik valf çekirdeklerine tungsten karbür aşınma noktalarının kaynaklanması).

Doğru kaynak yöntemiyle bile, uygunsuz işlem kaynak çatlaklarına, tungsten karbürün ayrılmasına veya diğer sorunlara yol açabilir. Endüstriyel deneyime dayanarak, bu dört kritik adıma odaklanın:

Kaynak yüzeylerindeki yağ, oksit tabakaları veya pas, dolgu metalinin ıslanmasını veya atomik difüzyonu bozarak bağ arızasına yol açacaktır. Belirli adımlar:

• Tungsten karbür yüzeyi: Oksitleri gidermek için 800–1.000 kumlu zımpara kağıdı ile zımparalayın, düzgün bir metalik parlaklık görünene kadar. Zımparalama tozunu ve yağı gidermek için alkol veya aseton ile silin.
• Çelik yüzeyi: Pası bir tel fırça veya asit turşusu ile temizleyin, ardından dolgu metali ile yapışmayı iyileştirmek için pürüzlü bir yüzey oluşturmak üzere zımparalayın (pürüzlülük Ra 1,6–3,2μm). Son olarak, tüy bırakmayan bir bez kullanarak aseton ile temizleyin.

Olumsuz Durum: Bir atölye, sert lehimlemeden önce çelik tabandan yağı tamamen temizleyemedi. İlk incelemeler iyi bir bağ gösterirken, tungsten karbür blok 1 haftalık çalışmadan sonra ayrıldı; dolgu metali ile yağ bulaşmış çelik arasındaki zayıf yapışmadan dolayı.

Sıcaklık ve süre, kaynak kalitesi için kritiktir; bunları yönteme ve malzeme türüne göre ayarlayın:

• Sert lehimleme: Sıcaklıkları 800–1.100°C arasında tutun (tungsten karbürün ayrışmasını önlemek için 1.100°C'yi aşmaktan kaçının). Isıtma süresi, dolguyu eritmek ve boşlukları doldurmak için yeterli olmalıdır (tipik olarak parça başına 10–30 saniye).
• Difüzyon bağlama: Sıcaklıkları 600–1.000°C'de ve düzgün basınçta tutun (yerel gerilimden kaynaklanan tungsten karbürün kırılmasını önlemek için). Tutma süresi, parça kalınlığına bağlıdır (tam atomik difüzyon için genellikle 1–3 saat).
• Lazer kaynağı: Lazer gücünü parça kalınlığına göre ayarlayın (tipik olarak 500–1.500W). Aşırı ısınmayı önlemek için darbe ısıtma (ısı-duraklama-ısı döngüleri) kullanın, darbe başına 1–2 saniye.

Uyumsuz termal genleşmeyi ele almak için, tungsten karbür ve çelik arasına bir geçiş katmanı (örneğin, nikel alaşımlı sac, bakır alaşımlı sac) yerleştirin. Termal genleşme katsayısı, iki malzeme arasında yer alır ve soğuma gerilimini azaltmak için bir tampon görevi görür:

• Uygulama: Geçiş katmanını kaynak alanı boyutuna uyacak şekilde kesin, tungsten karbür ve çelik arasına sıkıştırın ve montajı birlikte kaynaklayın. Katman kalınlığı 0,1–0,5 mm olmalıdır (aşırı kalınlık, genel bağ mukavemetini azaltır).
• Sonuç: Bir madencilik ekipmanı üreticisi, tungsten karbür aşınma astarlarını kaynaklarken bir nikel alaşımlı geçiş katmanı ekleyerek kaynak çatlak oranlarını %40'tan %8'in altına düşürdü.

Kaynaktan sonra hızlı soğutma (örneğin, suda söndürme), termal gerilimi artırır ve çatlamaya neden olur. Gerilimi serbest bırakmak için yavaş soğutma kullanın:

• Doğal yavaş soğutma: Kaynaklı parçaları kuru, rüzgarsız bir ortama yerleştirin ve doğal olarak 24 saatten fazla soğumaya bırakın. Düşük sıcaklıklara veya cereyanlara maruz kalmaktan kaçının.
• Düşük sıcaklıkta temperleme: Mümkün olduğunda, parçaları bir temperleme fırınına yerleştirin, 200–300°C'de 2–4 saat bekletin, ardından fırınla oda sıcaklığına soğutun. Bu, iç gerilimi daha da serbest bırakır ve bağ stabilitesini artırır.

Aşırı kaynak mukavemeti peşinde koşmak ters etki yaratır. Tungsten karbürün doğasında bulunan kırılganlığı, aşırı güçlü bir bağın çelik deformasyonunu doğrudan tungsten karbüre aktaracağı ve bunun da kırılmasına neden olacağı anlamına gelir. İyi bir kaynak, kırılgan arızayı önlemek için "güvenilirlik" ve "gerilim tamponlama" arasında bir denge kurar.

Kobalt içeriği, kaynaklanabilirliği önemli ölçüde etkiler. Düşük kobalt içeriğine sahip tungsten karbür (<%5), dolgu veya baz metallere zayıf yapışır ve kaynak arızasına yol açar. Daha iyi uyumluluk için %8–15 kobalt içeren kaliteleri seçin.

Kaliteyi sağlamak için kontrol kritiktir. Kaynak yaptıktan sonra, görsel kontroller (çatlaklar, gözeneklilik için), mekanik testler (çekme, darbe testleri) ve sızdırmazlık testleri (sızdırmaz parçalar için) yaparak arızalı parçaların ekipman arızalarına neden olmasını önleyin.

Tungsten karbürün çeliğe kaynaklanması tamamen mümkündür, ancak parça amacına, boyutuna ve performans gereksinimlerine göre doğru yöntemin seçilmesini gerektirir:

• Karmaşık şekiller veya onarımlar için sert lehimlemeyi seçin;
• Karmaşık şekiller veya onarımlar için difüzyon bağlamayı seçin;
• Karmaşık şekiller veya onarımlar için lazer kaynağını seçin.

Yüzey hazırlığı, sıcaklık kontrolü, geçiş katmanı kullanımı ve yavaş soğutmayı sıkı bir şekilde takip ederek, çatlaklardan ve ayrılmadan kaçınabilir, tungsten karbürün aşınma direncini ve çeliğin tokluğunu birleştiren güvenilir bir bağ elde edebilirsiniz.

Parçalarınız özel çalışma koşulları (örneğin, ekstra büyük boyut, ultra yüksek basınç, güçlü korozyon) içeriyorsa ve uygun kaynak yöntemi konusunda emin değilseniz, lütfen iletişime geçmekten çekinmeyin. Özel çözümler sağlayabilir ve hatta nihai ürünün endüstriyel gereksinimleri karşıladığından emin olmak için numune kaynak testleri yapabiliriz.