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天工激光焊接金刚石技术引言金刚石取芯钻头不仅在地质勘探中有紧要地位,更由于其具有钻进速度快、石材损耗小、不破坏周边环境等独特优点而被广泛应用于大理石、花岗石、钢筋水泥墙面的钻孔金刚石钻头是在钢的基体上连接一种由金刚石和胎体材料热压而成的一种复合烧结体,常称之为刀头国内的钻头常采纳钎焊的方法连接金刚石取芯钻头工作时由于转速极快,受猛烈的冲击和震动,需要高的剪切强度和高温强度钎焊的钻头刀头常常由于高速钻进发热引起钎料熔化而脱落所以,国外从80时代后期就进展用激光焊代替钎焊,激光焊与钎焊比较有如下优点由于基体与刀头是冶金结合,强度高,刀头不易脱落,特别是在无水的情况下;焊缝为细小均匀的柱状晶组织,不易产生裂纹,保证钻头在高速钻进时不致于开裂而产生不安全;焊缝和热影响区极窄,对金刚石没有影响,保证了产品的最佳性能;易于实现自动化,效率高,质量稳定牢靠,并且产品的平均成本低金刚石取芯钻头的结构目前国外市场需要的激光焊钻头几乎与激光焊锯片相当,市场潜力很大,利润也相对较高由于金刚石取芯钻头的刀头是粉末冶金材料,不可避开地存在孔隙,焊接难度大;基体与刀头是异种材料的焊接,刀头比基体厚,难于双面焊接,所以比起金刚石圆锯片来焊接难度更大,目前国内还未发觉这方面的报道我们经过几百次的试验和探究,取得了较好的效果,成功地解决了关键技术,现已应用于实际生产中,产品全部出口,用户反映良好1试验装置及方法试验是在美国进口的快速纵流激光器上进行,该机是美国80时代先进产品,型号为EFA—51,输出模式为TEM00和TEM01,最大输出功率为1500W选用『lOOmm的GaAs聚焦透镜,通同轴保护气体Ar气以保护焊缝及透镜钻头基体和刀头被装夹在专用的夹具上回转工作台能带动夹具及钻头作圆周运动,并且能在肯定范围内调整角度激光束稍偏于基体一侧,并采纳肯定的负离焦为使刀头基体吻合良好,刀头焊前须磨弧、去毛刺,以免漏光损失能量;为削减焊接缺陷,焊前必需去除焊接部位及其相近的油污、氧化皮和水分基体材料为一般的45#钢,经调质处理,厚2nim;由于金刚石在高温下易石墨化,激光焊接时会在焊缝中显现空洞,所以,刀头需设计
1.5mm2min的过渡层,我们通过大量的试验,选取一种特别的Co混合物作为〜过渡层,刀头厚3mll1钻头焊后,目测和用10倍放大镜观测焊缝外观,检验焊缝有无气孔、咬边、裂纹等宏观缺陷,然后采纳DSA标准用专用的弯曲强度检测仪检验每个刀头的弯曲强度2试验结果及分析
2.1材质分析基体材料在激光焊条件下有较好的焊接性刀头则不一样,由于是粉末冶金材料,焊接时极易显现气孔甚至空洞,当焊接参数不当时,还会产生裂纹,极大地影响了焊接强度刀头的性能对焊接性能的影响特别大,机械性能好且致密的刀头在激光焊条件下,只要焊接参数选择得当,就能得到符合使用性能的焊缝,其抗弯强度可达到或超过1800N/mm2,断在刀头在材料肯定时要使刀头性能优良,首先必需提高刀头压制密度,可采纳选择颗粒细、形状均匀之粉末压制,另外,在不影响金刚石性能的前提下,尽量提高烧结温度和压制压力,并选择合适的保温时间对提高刀头的机械性能很有必要刀头内不可避开的存在孔隙,刀头的密度是不能达到理论值的,但是合适的压力、温度以及保温时间、粉末混合时间及速度都是刀头致密和均匀的紧要保证,从而保证有良好的焊接性能试验表明当单位压力在20MPa左右、温度在80CTC左右、保温时间为4min时,即可得到能充足激光焊需要、又不损坏模具及金刚石性能的刀头刀头的密度对。