金刚石激光焊接技术

2.2　焊接工艺研究

焦点位置　在光路系统一定的条件下，焦点相对于材料表面的位置对熔深、熔宽、熔化效率的影响很大。在本试验中，采用负离焦可以增加熔深，离焦量约为0.3mm，为减少焊接时飞溅，保护透镜，降低刀头材料合金元素的烧损，焦点应偏向基体一边0.1mm左右；为获得最佳角焊缝效果，入射激光应倾斜6°～11°左右；反面焊接时，我们在光路系统中增加一个反射镜，置于钻头基体筒内，将激光束反射到所须位置，，成功地解决了钻头因单面焊接易出现强度不稳定的问题。

　　激光功率密度　激光功率密度是决定焊缝穿透深度的主要参数。在光斑直径一定的情况下，功率密度正比于激光功率。功率越高，允许焊接的板厚越大，焊接速度越快，生产效率越高，但是过大的激光功率会使焊缝外观变坏，由于溶池翻滚，易产生一波一波的突起和空洞，严重降低了焊缝有效承载面积，抗弯强度降低；即使在焊后检验中能达到所需强度，在切削过程中因为应力其中，裂纹由孔洞处扩展，出现明显的疲劳断裂特性；此外，高的焊接功率还会使熔池中的化学物理反应剧烈，飞溅增多，污染透镜；由于过渡层材料与金刚石胎体材料的热胀系数不一样，在过高的焊接功率条件下，易在两层相接处由于过热而产生裂纹。双面焊接ø82的钻头，在光斑直径为0.4mm时，用功率900W能取得较好的焊接效果。在试验中我们发现，采用小规范焊接的方法焊接钻头能取得好的焊接效果。比起金刚石圆锯片而言，焊接钻头的激光功率要相对高些，这是因为激光入射在圆的钻头基体上被部分反射掉的缘故。


焊接速度　焊接速度同激光焊接功率一起影响着焊接区域的热输入，因而对焊缝的形状和尺寸有较大的影响，随着焊接速度的增加，焊缝宽度降低，熔深减少，生产率提高。过大的焊接速度会使焊缝无法穿透，强度降低，而且焊缝中的有害气体如N2，H2，O2及CO来不及逸出，使焊缝气孔增多，影响抗弯强度和焊缝外观；当焊接速度太低时，焊缝太宽，热影响区过热，晶粒粗大，有时还会产生裂纹，特别是在两层相接部位产生裂纹，严重地影响了焊接质量，并且刀头的合金元素烧损严重，影响了刀头的综合性能，焊缝部位因为熔池翻滚而出现一个一个的空洞。在我们的试验中，对于ø82，ø68两种钻头各50个，在激光功率选定为900W，转速分别为8r/min，9r/min时，其焊缝的弯曲强度都达到和超过4000N/mm2，在随后的切削过程中，也未发现掉刀头的现象。

保护气体流量　保护气体在激光焊接过程中作用有三：保护焊接区不被氧化；保护聚焦透镜；吹散部分等离子云。若气流量太小，起不到作用，焊缝区被氧化而引起机械性能恶化，透镜也易污染损坏，成本增加；过大的气流量会吹翻熔池，影响焊缝成形，增加焊接缺陷，同时减少熔深。在我们的焊接试验中选用气流量为0.5L/min。 　　　　　　

3　结　　语

　　（1）要使激光焊接金刚石取芯钻头成功，在刀头配方一定的情况下，必须使刀头致密而且机械性能良好；

　　（2）在激光焊接金刚石取芯钻头过程中，必须合理地选择有关工艺参数，如激光功率密度、焊接速度、焦点位置及保护气体流量，才能保证焊接质量；

　　（3）采用小规范的焊接工艺是焊好钻头的有效途径；

　　（4）采用在光路系统中增加一个反射镜的方法可以进行钻头的反面焊接，解决了钻头因单面焊接结合强度不稳定的问题， 但这种方法不能焊接直径太小的钻头；

　　（5）激光焊接金刚石取芯钻头的方法还不适应大批量生产，生产率不高，有待进一步改进。