金剛石激光焊接技術

2.2　焊接工藝研究

焦點位置　在光路系統一定的條件下，焦點相對于材料表面的位置對熔深、熔寬、熔化效率的影響很大。在本試驗中，采用負離焦可以增加熔深，離焦量約為0.3mm，為減少焊接時飛濺，保護透鏡，降低刀頭材料合金元素的燒損，焦點應偏向基體一邊0.1mm左右；為獲得最佳角焊縫效果，入射激光應傾斜6°～11°左右；反面焊接時，我們在光路系統中增加一個反射鏡，置于鉆頭基體筒內，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強度不穩定的問題。

　　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。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，生產效率越高，但是過大的激光功率會使焊縫外觀變壞，由于溶池翻滾，易產生一波一波的突起和空洞，嚴重降低了焊縫有效承載面積，抗彎強度降低；即使在焊后檢驗中能達到所需強度，在切削過程中因為應力其中，裂紋由孔洞處擴展，出現明顯的疲勞斷裂特性；此外，高的焊接功率還會使熔池中的化學物理反應劇烈，飛濺增多，污染透鏡；由于過渡層材料與金剛石胎體材料的熱脹系數不一樣，在過高的焊接功率條件下，易在兩層相接處由于過熱而產生裂紋。雙面焊接ø82的鉆頭，在光斑直徑為0.4mm時，用功率900W能取得較好的焊接效果。在試驗中我們發現，采用小規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高些，這是因為激光入射在圓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域的熱輸入，因而對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，生產率提高。過大的焊接速度會使焊縫無法穿透，強度降低，而且焊縫中的有害氣體如N2，H2，O2及CO來不及逸出，使焊縫氣孔增多，影響抗彎強度和焊縫外觀；當焊接速度太低時，焊縫太寬，熱影響區過熱，晶粒粗大，有時還會產生裂紋，特別是在兩層相接部位產生裂紋，嚴重地影響了焊接質量，并且刀頭的合金元素燒損嚴重，影響了刀頭的綜合性能，焊縫部位因為熔池翻滾而出現一個一個的空洞。在我們的試驗中，對于ø82，ø68兩種鉆頭各50個，在激光功率選定為900W，轉速分別為8r/min，9r/min時，其焊縫的彎曲強度都達到和超過4000N/mm2，在隨后的切削過程中，也未發現掉刀頭的現象。

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

3　結　　語

　　（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械性能良好；

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

　　（3）采用小規范的焊接工藝是焊好鉆頭的有效途徑；

　　（4）采用在光路系統中增加一個反射鏡的方法可以進行鉆頭的反面焊接，解決了鉆頭因單面焊接結合強度不穩定的問題， 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大批量生產，生產率不高，有待進一步改進。