揭秘WC-Co 硬质合金与钢材界面钎焊质量

《中国制造2025》规划中明确将硬质合金制造业列为重点发展的战略性关键产业，这给硬质合金及其工具带来巨大发展机遇，产业将迎来“黄金十年”。而近年来，超声扫描显微镜SAM无损检测设备对界面连接及新材料开发发挥了越来越重要的地位。异质金属之间的连接质量情况非常重要，因为硬质合金涵盖的应用领域几乎都是高效、精密加工的行业，安全性要求非常严格。

工业开采中最出名的就是将WC-Co硬质合金与裤体材料钢进行钎焊连接，制作出了一种名叫截齿的硬质合金刀具，它被誉为“工业牙齿”，是石油钻井、煤矿开采等大型工程中的关键部件。

截齿示意图

截齿再利用钎焊工艺焊接时，由于WC陶瓷颗粒与钎料熔点、晶格结构、物化性质差异化很大，钎料在WC颗粒表面的不完全浸润增加了界面缺陷，如：未焊合、夹杂、虚焊、裂纹等。况且在面对矿质、岩石等硬矿料切割时，必定会承受较大的周期性循环往复应力，容易出现硬质合金和裤体脱落失效。因此，超声扫描显微镜对钎焊连接的异质界面内部质量检测成为有色金属生产行业的热点话题。

超声扫描显微镜

超声扫描显微镜（英文：Scanning Acoustic Microscope）简称超声SAM，是一种以水为耦合介质，即传播媒介；以声波作为探测信号，通过高频超声换能器接收到的反射和透射信号，利用特殊的软件构建出二维的C扫描图像的声学检测设备，能够对各种材料和不同焊接工艺以及精密元器件内部缺陷、空洞、分层、夹杂、裂纹、焊接不良等进行检测。具体主要有涂层结合质量、内部焊接质量、轴套贴合质量、内孔钎着率质量、键合层质量、浸润性检测、靶材纯净度等。

接下来，我们开始介绍超声扫描显微镜检测案例“硬质合金钢”钎焊工艺界面连接质量

这两块是硬质合金钎焊工艺研究试块，利用“毛细现象”为原理，将钎料加热，由于钎料熔点比母材最少低几十度，所以母材不融化，钎料熔化，在母材之间浸润铺展，扩散成为一体。在加工过程中，钎焊温度难以控制，会出现焊接不良：虚焊、夹杂、气孔等问题。利用超声扫描显微镜检测以下C扫描图像

硬质合金焊接不良超声C扫描图（灰度图）

硬质合金焊接不良超声C扫描图（彩虹图）

以“1号”硬质合金样品开始分析，超声系统软件可自动识别缺陷，自动勾勒缺陷边界，并编号列表计算。

1 号工件缺陷列表

（注：针对缺陷自动统计计算分析）

1 号工件自动计算钎着率 93.9%

（注：统计结果为不良率，钎着率=100% - 不良率）

超声扫描显微镜不仅可对钎焊工艺界面缺陷进行检测，还可以自动计算钎着率，并且以列表形式显示，对图像可生成A-B-C扫描模式，采声科技水浸超声设备可根据C扫描图像信息，生成3D图像，即：三维图像，这种图像可以使缺陷位置更立体，可方便观察。

采声A-B-C-3D扫描模式—超声图像

硬质合金材料是推动我国制造业快速发展的重点研究对象，从航空航天发动机叶片的制造、到汽车曲轴的加工；还是电子信息产业精密模具制造，都有它的“用武之地”，值得一提的是在无损检测行业的快速发展下，超声扫描显微镜可对硬质合金乃至其它金属材料、陶瓷材料、纤维复合材料的质量都可以进行内部缺陷失效分析，为制造型企业进一步提高加工精度和生产效率。