激光焊接金刚石锯片工艺分析
舒帆　武汉理工大学

　　摘要：介绍了激光焊接金刚石锯片的焊接过渡层材料选择，主要工艺参数对焊接质量的影响和选取原则，焊件检测技术等。

　　关键词：激光金刚石据片焊接

　　引言

　　金刚石锯片广泛应用于石材加工、建筑施工、高速公路和飞机场跑道等领域的切割或切缝。金刚石锯片是在钢材刀体上焊接一些由金刚石颗粒与粘结金属烧结在一起的刀头，其焊接属于不同材料、不同组织之间的异种金属焊接，焊接的关键在于其结合强度的高低。传统焊接方法是烧结焊及钎焊，此两种方法焊接焊缝的结合强度(尤其是高温时)不够高，锯切过程中易发生刀头飞崩伤人等事故，锯片的安全可靠性不好。激光焊接的金刚石锯片是中、小型金刚石锯片的发展方向。激光焊接使金刚石锯片的结合强度大大增加，能最大限度地满足其各种需要，焊接工艺先进、可靠，取代传统的中、小直径金刚石锯片焊接片势在必行。激光焊接系统示意图如图1所示。激光束由激光器窗口输出之后，经一与光束成45°的反射镜垂直折射后，进入透射式聚焦系统，成为一极细的光斑照射到被焊工件上。下面对激光焊接金刚石锯片工艺进行分析，以供石材加工工具制造厂商借鉴和参考。

　　1焊接过渡层材料

　　金刚石锯片由钢基体和圆弧形刀头两部分组成。钢基体以碳钢和合金钢为主，但适用于激光焊接金刚石锯片的基体材料一般应选用高强度特种低碳合金钢，传统的40Cr和45钢因基体强度不够容易变形而不主张使用；传统的65Mn高碳钢因在激光焊接基体热影响区部位容易产生大量的高脆性针状马氏体也不主张使用。刀头为铜基、铁基、镍基、钴基、钨基和铝基粉末掺金刚石热压烧结成型。如何将二者可靠地焊接在一起，是激光焊接金刚石锯片工艺的关键技术之一。为了避免刀头中金刚石颗粒在激光焊接高温下石墨化(人造金刚石的碳化温度为740℃-838℃)和因刀头与钢基体的热膨胀相差过大而产生焊接裂纹，通常需要在刀头内侧设置一层无金刚石颗粒的过渡层(见图2)，其厚度在1.0mm-2.0mm范围内，其中过渡层与刀头则是通过冷压成型+热压烧结工艺连接在一起。激光焊接时，过渡层与钢基体焊接在一起，因此，刀头过渡层材料的选取将严重影响激光焊接金刚石锯片的外观和焊缝强度。根据激光焊接金刚石锯片使用性能与生产工艺要求，激光焊接刀头过渡层须满足下列要求：够高的焊接强度、良好的焊缝质量、合理的配方组分最优的烧结温度和低廉的成本。目前选作刀头过渡层材料成分的元素可分为单元素(Co，Ni)，双元素(如FeCo，FeNi，CoNi，FeCu)和3元素(如FeCoNi，FeCoCu)3种情况，但过渡层中不能含有熔点金属如锡等元素，原因在于这些元素容易蒸发汽化而产生气孔，但可加入少量的起固溶强化、增加磨性和减少焊接气孔作用的Mn和Cr元素。大量实际配方表明：Co作为过渡层材料成分十分有利的，因为钢基体和钴基材料之间能形成和Fe的无限固溶体，实现钢基体与过渡层之间良好冶金结合，但因价格因素则必须设法减少或降低其用量，这也是过渡层材料配方研究的主要目标。