硬質(zhì)合金刀頭具有高硬度、耐高溫、抗腐蝕、耐磨損等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于石工鉆頭。同時(shí)硬質(zhì)合金材料本身的塑性、韌性和抗沖擊性都較差。由于硬質(zhì)合金刀頭與施工鉆頭的刀桿材料的性能參數(shù)的不匹配而導(dǎo)致在焊接的冷卻過程中使得焊縫部分產(chǎn)生相當(dāng)大的殘余應(yīng)力，這些殘余應(yīng)力對(duì)硬質(zhì)合金刀頭產(chǎn)生拉應(yīng)力而導(dǎo)致硬質(zhì)合金刀頭產(chǎn)生裂紋或微裂紋，而導(dǎo)致生產(chǎn)的高報(bào)廢率或降低產(chǎn)品的性能。本文結(jié)合工作中的實(shí)際改進(jìn)案例，闡述了如何從石工鉆頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面減少由焊接產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，從而減少焊接裂紋。
    由于硬質(zhì)合金刀頭具有高硬度、耐磨損、抗腐蝕等性能，特別是在高溫下仍能保持其高硬度，所以被廣泛地用于石工鉆頭上。通常，石工鉆頭由硬質(zhì)合金刀頭及鋼基體的鉆桿這兩部分組成，而釬焊是目前普遍使用的硬質(zhì)合金刀頭與鋼基體鉆桿連接的最成功的方法之一。
    硬質(zhì)合金刀頭由于含碳量高，妨礙釬料的潤濕，特別是由于硬質(zhì)合金刀頭與釬焊料和鋼基體的鉆桿之間的物理和力學(xué)性能有著較大的差異，硬質(zhì)合金的線膨脹系數(shù)大約只有鋼材的1/3到1/2，所以在釬焊的冷卻過程中以及焊接后的冷卻過程中在刀頭與鉆桿之間的焊縫區(qū)域產(chǎn)生很大的殘余應(yīng)力。在釬焊的加熱過程中，硬質(zhì)合金刀頭與鋼材鉆桿都自由膨脹，但冷卻時(shí)鋼的收縮量卻比硬質(zhì)合金大得多，而且此時(shí)焊縫是出于壓應(yīng)力狀態(tài)，而在硬質(zhì)合金表面則呈拉應(yīng)力狀態(tài)。由于硬質(zhì)合金刀頭的塑性和韌性都非常差，抗拉強(qiáng)度也很低，因此很容易在硬質(zhì)合金刀頭的表面產(chǎn)生焊接裂紋。同時(shí)這個(gè)殘余應(yīng)力的存在也會(huì)使焊縫內(nèi)部產(chǎn)生裂紋從而降低焊接的強(qiáng)度，甚至引起焊縫開裂。
    本文旨在說明石工鉆頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是如何影響焊縫殘余應(yīng)力的分布區(qū)域及應(yīng)變。
    焊縫間隙的設(shè)計(jì)
    釬焊時(shí)，由于釬料的間隙很小如同毛細(xì)管，釬料是依靠毛細(xì)作用在焊縫間隙內(nèi)流動(dòng)的，因此釬料能否填滿焊縫取決于釬料在母材間隙中的毛細(xì)流動(dòng)特征。
    焊料液體沿間隙上升的高度H與焊縫間隙大小成反比。釬焊時(shí)，焊縫越小，焊料越容易充滿焊縫，焊接強(qiáng)度越高。但是焊縫作為一種軟性層，對(duì)釬焊時(shí)產(chǎn)生的殘余應(yīng)力能起到一定的緩沖作用，所以焊縫越小，其塑性變形能力就越弱從而使焊接應(yīng)力增加。