金剛石激光焊接技術(shù)

2.2　焊接工藝研究

焦點(diǎn)位置　在光路系統(tǒng)一定的條件下，焦點(diǎn)相對(duì)于材料表面的位置對(duì)熔深、熔寬、熔化效率的影響很大。在本試驗(yàn)中，采用負(fù)離焦可以增加熔深，離焦量約為0.3mm，為減少焊接時(shí)飛濺，保護(hù)透鏡，降低刀頭材料合金元素的燒損，焦點(diǎn)應(yīng)偏向基體一邊0.1mm左右；為獲得最佳角焊縫效果，入射激光應(yīng)傾斜6°～11°左右；反面焊接時(shí)，我們?cè)诠饴废到y(tǒng)中增加一個(gè)反射鏡，置于鉆頭基體筒內(nèi)，將激光束反射到所須位置，，成功地解決了鉆頭因單面焊接易出現(xiàn)強(qiáng)度不穩(wěn)定的問(wèn)題。

　　激光功率密度　激光功率密度是決定焊縫穿透深度的主要參數(shù)。在光斑直徑一定的情況下，功率密度正比于激光功率。功率越高，允許焊接的板厚越大，焊接速度越快，生產(chǎn)效率越高，但是過(guò)大的激光功率會(huì)使焊縫外觀變壞，由于溶池翻滾，易產(chǎn)生一波一波的突起和空洞，嚴(yán)重降低了焊縫有效承載面積，抗彎強(qiáng)度降低；即使在焊后檢驗(yàn)中能達(dá)到所需強(qiáng)度，在切削過(guò)程中因?yàn)閼?yīng)力其中，裂紋由孔洞處擴(kuò)展，出現(xiàn)明顯的疲勞斷裂特性；此外，高的焊接功率還會(huì)使熔池中的化學(xué)物理反應(yīng)劇烈，飛濺增多，污染透鏡；由于過(guò)渡層材料與金剛石胎體材料的熱脹系數(shù)不一樣，在過(guò)高的焊接功率條件下，易在兩層相接處由于過(guò)熱而產(chǎn)生裂紋。雙面焊接ø82的鉆頭，在光斑直徑為0.4mm時(shí)，用功率900W能取得較好的焊接效果。在試驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)，采用小規(guī)范焊接的方法焊接鉆頭能取得好的焊接效果。比起金剛石圓鋸片而言，焊接鉆頭的激光功率要相對(duì)高些，這是因?yàn)榧す馊肷湓趫A的鉆頭基體上被部分反射掉的緣故。


焊接速度　焊接速度同激光焊接功率一起影響著焊接區(qū)域的熱輸入，因而對(duì)焊縫的形狀和尺寸有較大的影響，隨著焊接速度的增加，焊縫寬度降低，熔深減少，生產(chǎn)率提高。過(guò)大的焊接速度會(huì)使焊縫無(wú)法穿透，強(qiáng)度降低，而且焊縫中的有害氣體如N2，H2，O2及CO來(lái)不及逸出，使焊縫氣孔增多，影響抗彎強(qiáng)度和焊縫外觀；當(dāng)焊接速度太低時(shí)，焊縫太寬，熱影響區(qū)過(guò)熱，晶粒粗大，有時(shí)還會(huì)產(chǎn)生裂紋，特別是在兩層相接部位產(chǎn)生裂紋，嚴(yán)重地影響了焊接質(zhì)量，并且刀頭的合金元素?zé)龘p嚴(yán)重，影響了刀頭的綜合性能，焊縫部位因?yàn)槿鄢胤瓭L而出現(xiàn)一個(gè)一個(gè)的空洞。在我們的試驗(yàn)中，對(duì)于ø82，ø68兩種鉆頭各50個(gè)，在激光功率選定為900W，轉(zhuǎn)速分別為8r/min，9r/min時(shí)，其焊縫的彎曲強(qiáng)度都達(dá)到和超過(guò)4000N/mm2，在隨后的切削過(guò)程中，也未發(fā)現(xiàn)掉刀頭的現(xiàn)象。

保護(hù)氣體流量　保護(hù)氣體在激光焊接過(guò)程中作用有三：保護(hù)焊接區(qū)不被氧化；保護(hù)聚焦透鏡；吹散部分等離子云。若氣流量太小，起不到作用，焊縫區(qū)被氧化而引起機(jī)械性能惡化，透鏡也易污染損壞，成本增加；過(guò)大的氣流量會(huì)吹翻熔池，影響焊縫成形，增加焊接缺陷，同時(shí)減少熔深。在我們的焊接試驗(yàn)中選用氣流量為0.5L/min。 　　　　　　

3　結(jié)　　語(yǔ)

　　（1）要使激光焊接金剛石取芯鉆頭成功，在刀頭配方一定的情況下，必須使刀頭致密而且機(jī)械性能良好；

　　（2）在激光焊接金剛石取芯鉆頭過(guò)程中，必須合理地選擇有關(guān)工藝參數(shù)，如激光功率密度、焊接速度、焦點(diǎn)位置及保護(hù)氣體流量，才能保證焊接質(zhì)量；

　　（3）采用小規(guī)范的焊接工藝是焊好鉆頭的有效途徑；

　　（4）采用在光路系統(tǒng)中增加一個(gè)反射鏡的方法可以進(jìn)行鉆頭的反面焊接，解決了鉆頭因單面焊接結(jié)合強(qiáng)度不穩(wěn)定的問(wèn)題， 但這種方法不能焊接直徑太小的鉆頭；

　　（5）激光焊接金剛石取芯鉆頭的方法還不適應(yīng)大批量生產(chǎn)，生產(chǎn)率不高，有待進(jìn)一步改進(jìn)。