berita perusahaan tentang Bisakah Tungsten Karbida Dilas ke Baja?

Dalam produksi industri, seringkali ada kebutuhan untuk menggabungkan bagian-bagian tungsten karbida tahan aus (seperti pelapis aus, tepi potong alat) dengan komponen baja berkekuatan tinggi (seperti dasar peralatan, braket). Kombinasi ini memanfaatkan ketahanan aus tungsten karbida dan ketangguhan baja. Pada titik ini, banyak orang bertanya-tanya: "Bisakah tungsten karbida dilas langsung ke baja?" Sebagai praktisi industri dengan pengalaman bertahun-tahun menangani masalah semacam itu, jawaban yang jelas adalah: Ya, itu bisa dilakukan, tetapi tidak mudah.

Perbedaan signifikan dalam sifat material antara tungsten karbida dan baja (misalnya, titik leleh, karakteristik ekspansi termal) berarti bahwa metode pengelasan umum seringkali menyebabkan retakan. Namun, ikatan yang andal dapat dicapai dengan memilih proses pengelasan yang tepat dan menguasai teknik-teknik kunci. Artikel ini menjelaskan alasan utama mengapa pengelasan sulit, 3 metode industri yang layak, skenario aplikasi praktis, dan tindakan pencegahan untuk menghindari kegagalan—semuanya didasarkan pada pengalaman pabrik nyata, memastikan kejelasan dan relevansi untuk penggunaan industri.

Tantangan mendasar dalam pengelasan tungsten karbida (WC) ke baja (misalnya, baja karbon, baja tahan karat) berasal dari sifat material mereka yang berbeda, terutama dalam tiga aspek:

Baja biasanya memiliki titik leleh 1.450–1.550°C, sedangkan tungsten karbida menunjukkan stabilitas yang buruk pada suhu tinggi: di atas 1.300°C, ia cenderung terurai (melepaskan karbon) dan bahkan menjadi rapuh. Suhu tinggi dari pengelasan konvensional (misalnya, pengelasan busur, yang sering melebihi 1.500°C) secara langsung merusak tungsten karbida, membuatnya tidak efektif sebelum ikatan yang kuat terbentuk.

Selama pengelasan, material mengembang saat dipanaskan dan menyusut saat didinginkan. Baja memiliki koefisien ekspansi termal yang jauh lebih tinggi daripada tungsten karbida: misalnya, baja karbon memiliki koefisien sekitar 12×10⁻⁶/°C, sedangkan tungsten karbida hanya 5×10⁻⁶/°C. Selama pendinginan, baja menyusut jauh lebih banyak daripada tungsten karbida, menciptakan tegangan termal besar yang menyebabkan retakan las atau fraktur tungsten karbida.

Baja adalah logam ulet yang dapat berubah bentuk di bawah tekanan tanpa putus. Sebaliknya, tungsten karbida adalah komposit seperti keramik (terdiri dari kristal tungsten-karbon dan pengikat kobalt) dan secara inheren rapuh. Perbedaan ini berarti bahwa setelah pengelasan, deformasi baja di bawah beban secara langsung ditransfer ke tungsten karbida, yang menyebabkan fraktur getas.

Kasus Industri: Sebuah bengkel pernah mencoba mengelas bilah tungsten karbida ke dudukan alat baja menggunakan pengelasan busur konvensional. Selama pendinginan, tegangan termal dari kontraksi dudukan baja menyebabkan bilah tungsten karbida retak sepenuhnya di sepanjang lasan—membuat seluruh batch bagian tidak berguna.

Terlepas dari tantangan, solusi industri yang matang ada untuk tugas pengelasan ini. Strategi intinya adalah "mengendalikan suhu untuk melindungi tungsten karbida" dan "mengurangi stres untuk menghindari retakan." Di bawah ini adalah tiga metode yang paling banyak digunakan:

• Prinsip Proses: Suhu pemanasan dikontrol antara 800–1.100°C—cukup tinggi untuk melelehkan pengisi tetapi cukup rendah untuk mencegah dekomposisi atau kerapuhan tungsten karbida. Saat didinginkan, pengisi yang dipadatkan menciptakan ikatan mekanis dan sebagian metalurgi.
• Keuntungan: Persyaratan peralatan rendah (pemanasan nyala api atau tungku resistansi berfungsi), biaya rendah, cocok untuk produksi massal, kerusakan termal minimal pada tungsten karbida, dan efisiensi pengelasan tinggi.
• Kerugian: Kekuatan ikatan lebih rendah daripada pengelasan fusi, ketahanan benturan yang buruk, dan tidak cocok untuk aplikasi beban tinggi atau dampak frekuensi tinggi.
• Skenario Aplikasi:
  • Pelapis aus untuk peralatan pertambangan (misalnya, pengelasan blok tungsten karbida ke dasar penghancur baja);
  • Alat potong umum (misalnya, menggabungkan tepi tungsten karbida ke badan perencana kayu baja);
  • Cincin aus untuk pompa (misalnya, pengelasan cincin tungsten karbida ke dinding bagian dalam selubung pompa baja untuk meningkatkan ketahanan aus).

Kasus Industri: Produsen mixer beton menggunakan pematrian berbasis tembaga untuk memasang blok tungsten karbida kecil ke bilah mixer baja. Umur pakai bilah diperpanjang dari 3 bulan menjadi 12 bulan, dengan pengurangan biaya keseluruhan sekitar 30%.

• Prinsip Proses: Kombinasi suhu rendah dan tekanan tinggi mencegah dekomposisi tungsten karbida sambil mempromosikan difusi atom. Tidak diperlukan logam pengisi—pengikatan bergantung pada pergerakan atom di dalam material itu sendiri, menghasilkan kekuatan las yang mendekati material dasar.
• Keuntungan: Kekuatan ikatan yang sangat tinggi, tidak ada antarmuka las yang terlihat, penyegelan yang sangat baik, cocok untuk bagian presisi atau persyaratan kekuatan tinggi, dan dampak minimal pada sifat material pasca-pengelasan.
• Kerugian: Investasi peralatan tinggi (diperlukan tungku difusi suhu tinggi, tekanan tinggi khusus), siklus produksi yang panjang (setiap lasan membutuhkan waktu beberapa jam), biaya tinggi, dan tidak cocok untuk bagian besar atau tidak beraturan.
• Skenario Aplikasi:
  • Spool untuk katup hidrolik (misalnya, pengelasan permukaan penyegel tungsten karbida ke spool baja untuk kinerja bebas kebocoran);
  • Sisipan cetakan presisi (misalnya, menggabungkan pukulan tungsten karbida ke rangka die stamping dingin baja untuk akurasi dimensi);
  • Komponen kedirgantaraan berkekuatan tinggi (membutuhkan ketangguhan baja dan ketahanan aus tungsten karbida, dengan tuntutan keandalan yang ketat).

• Prinsip Proses: Energi terkonsentrasi laser membatasi pemanasan ke area kecil (diameter kolam leleh biasanya 0,5–2mm), memungkinkan kontrol suhu dan masukan panas yang tepat. Ini meminimalkan tegangan termal. Logam pengisi mengkompensasi perbedaan material antara tungsten karbida dan baja, meningkatkan kompatibilitas las.
• Keuntungan: Kecepatan pengelasan cepat, zona yang terkena panas kecil, kemampuan untuk mengelas bentuk kompleks (misalnya, permukaan melengkung, tepi lubang kecil), cocok untuk produksi batch kecil atau perbaikan bagian, dan penampilan las yang estetis.
• Kerugian: Biaya peralatan tinggi (penyolder laser serat mahal), persyaratan keterampilan tinggi untuk operator (diperlukan kontrol fokus laser yang tepat), dan tidak cocok untuk bagian ekstra besar.
• Skenario Aplikasi:
  • Perbaikan bagian yang aus (misalnya, pengelasan lapisan tungsten karbida untuk memulihkan dimensi poros baja yang aus);
  • Manufaktur alat tidak beraturan (misalnya, menggabungkan kepala potong tungsten karbida ke刀柄 baja untuk pemotong penggilingan khusus);
  • Bagian presisi kecil (misalnya, pengelasan titik aus tungsten karbida ke inti katup baja dengan diameter ≤10mm).

Bahkan dengan metode pengelasan yang tepat, pengoperasian yang tidak tepat dapat menyebabkan retakan las, pelepasan tungsten karbida, atau masalah lainnya. Berdasarkan pengalaman industri, fokus pada empat langkah penting ini:

Lapisan minyak, oksida, atau karat pada permukaan las akan merusak pembasahan logam pengisi atau difusi atom, yang menyebabkan kegagalan ikatan. Langkah-langkah spesifik:

• Permukaan tungsten karbida: Amplas dengan amplas 800–1.000-grit untuk menghilangkan oksida hingga kilau logam yang seragam terlihat. Usap dengan alkohol atau aseton untuk menghilangkan debu pengamplasan dan minyak.
• Permukaan baja: Hilangkan karat dengan sikat kawat atau pengawetan asam, lalu amplas untuk membuat permukaan kasar (kekasaran Ra 1,6–3,2μm) untuk meningkatkan daya rekat dengan logam pengisi. Terakhir, bersihkan dengan aseton menggunakan kain bebas serat.

Kasus Negatif: Sebuah bengkel gagal sepenuhnya menghilangkan minyak dari dasar baja sebelum pematrian keras. Sementara inspeksi awal menunjukkan ikatan yang baik, blok tungsten karbida terlepas setelah 1 minggu pengoperasian—karena daya rekat yang buruk antara logam pengisi dan baja yang terkontaminasi minyak.

Suhu dan waktu sangat penting untuk kualitas pengelasan; sesuaikan berdasarkan metode dan jenis material:

• Pematrian keras: Jaga suhu antara 800–1.100°C (hindari melebihi 1.100°C untuk mencegah dekomposisi tungsten karbida). Waktu pemanasan harus cukup untuk melelehkan pengisi dan mengisi celah (biasanya 10–30 detik per bagian).
• Pengikatan difusi: Pertahankan suhu pada 600–1.000°C dan tekanan seragam (untuk menghindari fraktur tungsten karbida dari tegangan lokal). Waktu tahan tergantung pada ketebalan bagian (biasanya 1–3 jam untuk difusi atom penuh).
• Pengelasan laser: Sesuaikan daya laser berdasarkan ketebalan bagian (biasanya 500–1.500W). Gunakan pemanasan pulsa (siklus panas-jeda-panas) dengan 1–2 detik per pulsa untuk mencegah panas berlebih.

Untuk mengatasi ekspansi termal yang tidak cocok, masukkan lapisan transisi (misalnya, lembaran paduan nikel, lembaran paduan tembaga) antara tungsten karbida dan baja. Koefisien ekspansi termalnya terletak di antara kedua material, bertindak sebagai penyangga untuk mengurangi tegangan pendinginan:

• Implementasi: Potong lapisan transisi agar sesuai dengan ukuran area las, jepit di antara tungsten karbida dan baja, dan las rakitan bersama-sama. Ketebalan lapisan harus 0,1–0,5mm (ketebalan berlebihan mengurangi kekuatan ikatan keseluruhan).
• Hasil: Produsen peralatan pertambangan mengurangi tingkat retakan las dari 40% menjadi di bawah 8% dengan menambahkan lapisan transisi paduan nikel saat mengelas pelapis aus tungsten karbida.

Pendinginan cepat setelah pengelasan (misalnya, pendinginan dalam air) memperburuk tegangan termal dan menyebabkan retakan. Gunakan pendinginan lambat untuk melepaskan stres:

• Pendinginan lambat alami: Tempatkan bagian yang dilas di lingkungan yang kering dan bebas angin dan biarkan dingin secara alami selama lebih dari 24 jam. Hindari paparan suhu rendah atau draf.
• Temperatur rendah: Jika memungkinkan, tempatkan bagian dalam tungku temper, tahan pada 200–300°C selama 2–4 jam, lalu dinginkan dengan tungku hingga suhu kamar. Ini selanjutnya melepaskan tegangan internal dan meningkatkan stabilitas ikatan.

Mengejar kekuatan las yang berlebihan adalah kontraproduktif. Kerapuhan bawaan tungsten karbida berarti bahwa ikatan yang terlalu kuat akan mentransfer deformasi baja langsung ke tungsten karbida, menyebabkannya patah. Lasan yang baik menyeimbangkan "keandalan" dan "penyangga stres" untuk menghindari kegagalan getas.

Kandungan kobalt secara signifikan memengaruhi kemampuan las. Tungsten karbida dengan kandungan kobalt rendah (<5%) memiliki daya rekat yang buruk ke pengisi atau logam dasar, yang menyebabkan kegagalan pengelasan. Pilih nilai dengan 8–15% kobalt untuk kompatibilitas yang lebih baik.

Inspeksi sangat penting untuk memastikan kualitas. Setelah pengelasan, lakukan pemeriksaan visual (untuk retakan, porositas), pengujian mekanis (tarik, uji benturan), dan uji penyegelan (untuk bagian yang disegel) untuk menghindari bagian yang rusak yang menyebabkan kerusakan peralatan.

Pengelasan tungsten karbida ke baja sepenuhnya layak, tetapi memerlukan pemilihan metode yang tepat berdasarkan tujuan bagian, ukuran, dan persyaratan kinerja:

• Pilih pematrian keras untuk produksi massal dan kebutuhan kekuatan sedang;
• Pilih pengikatan difusi untuk bagian presisi dan tuntutan kekuatan tinggi;
• Pilih pengelasan laser untuk bentuk kompleks atau perbaikan.

Dengan mengikuti secara ketat persiapan permukaan, kontrol suhu, penggunaan lapisan transisi, dan pendinginan lambat, Anda dapat menghindari retakan dan pelepasan, mencapai ikatan yang andal yang menggabungkan ketahanan aus tungsten karbida dan ketangguhan baja.

Jika bagian Anda melibatkan kondisi kerja khusus (misalnya, ukuran ekstra besar, tekanan ultra-tinggi, korosi kuat), dan Anda tidak yakin tentang proses pengelasan yang sesuai, jangan ragu untuk menghubungi. Kami dapat memberikan solusi khusus dan bahkan melakukan pengujian pengelasan sampel untuk memastikan produk akhir memenuhi persyaratan industri.