石工钻头结构设计对焊接残余应力的影响.docx

石工钻头结构设计对焊接残余应力的影响石工钻头结构设计对焊接残余应力的影响硬质合金刀头具有高硬度、耐高温、抗腐蚀、耐磨损等优点，被广泛应用于石工钻头。同时硬质合金材料本身的塑性、韧性和抗冲击性都较差。由于硬质合金刀头与施工钻头的刀杆材料的性能参数的不匹配而导致在焊接的冷却过程中使得焊缝部分产生相当大的残余应力，这些残余应力对硬质合金刀头产生拉应力而导致硬质合金刀头产生裂纹或微裂纹，而导致生产的高报废率或降低产品的性能。本文结合工作中的实际改进案例，阐述了如何从石工钻头的结构设计方面减少由焊接产生的残余应力，从而减少焊接裂纹。由于硬质合金刀头具有高硬度、耐磨损、抗腐蚀等性能，特别是在高温下仍能保持其高硬度，所以被广泛地用于石工钻头上。通常，石工钻头由硬质合金刀头及钢基体的钻杆这两部分组成，而钎焊是目前普遍使用的硬质合金刀头与钢基体钻杆连接的最成功的方法之一。硬质合金刀头由于含碳量高，妨碍钎料的润湿，特别是由于硬质合金刀头与钎焊料和钢基体的钻杆之间的物理和力学性能有着较大的差异，硬质合金的线膨胀系数大约只有钢材的 1/3 到 1/2，所以在钎焊的冷却过程中以及焊接后的冷却过程中在刀头与钻杆之间的焊缝区域产生很大的残余应力。在钎焊的加热过程中，硬质合金刀头与钢材钻杆都自由膨胀，但冷却时钢的收缩量却比硬质合金大得多，而且此时焊缝是出于压应力状态，而在硬质合金表面则呈拉应力状态。由于硬质合金刀头的塑性和韧性都非常差，抗拉强度也很低，因此很容易在硬质合金刀头的表面产生焊接裂纹。同时这个残余应力的存在也会使焊缝内部产生裂纹从而降低焊接的强度，甚至引起焊缝开裂。本文旨在说明石工钻头结构设计是如何影响焊缝残余应力的分布区域及应变。焊缝间隙的设计焊缝间隙的设计钎焊时，由于钎料的间隙很小如同毛细管，钎料是依靠毛细作用在焊缝间隙内流动的，因此钎料能否填满焊缝取决于钎料在母材间隙中的毛细流动特征。焊料液体沿间隙上升的高度 H 与焊缝间隙大小成反比。钎焊时，焊缝越小，焊料越容易充满焊缝，焊接强度越高。但是焊缝作为一种软性层，对钎焊时产生的残余应力能起到一定的缓冲作用，所以焊缝越小，其塑性变形能力就越弱从而使焊接应力增加。