金刚石锯片的激光焊接1

金刚石锯片的激光焊接1 蓟 j b卷燕 l ijs6年 2月应用激光 APPLiED I．^ sER Vol_1 6．N o．1 6 1 996 一金刚石锯片的激光焊接． f 史晓强金湘中V 罗闻泉酉i 机写面学院 o。sz) 提要研究盘日】石锯片的激光捍接，分析丁影响焊接的因素关键调激光焊接金刚石锯片弋牟 t 7‘ Laser W elding of Diamond Tools Shi Xiaoqlang，Jin Xiangzhong，Luo W...

蓟 j b卷燕 l ijs6年 2月应用激光 APPLiED I．^ sER Vol_1 6．N o．1 6 1 996 一金刚石锯片的激光焊接． f 史晓强金湘中V 罗闻泉酉i 机写面学院 o。sz) 提要研究盘日】石锯片的激光捍接，分析丁影响焊接的因素关键调激光焊接金刚石锯片弋牟 t 7‘ Laser W elding of Diamond Tools Shi Xiaoqlang，Jin Xiangzhong，Luo Wenquan (College of Mechanical＆Auto motive Engineering，Hunan University 410082)) Abstrag[ This paper concentrates oil．the[a>er welding methods of diamond sawbrade，analy se ille factors of ffec：ing the welding resuIts． Key words [aser welding， diamond sawhrade 金刚石锯片的焊接台等组成a刀头焊接如图 1所示。金剐石锯片是在钢的刀体上焊接由粘结金属与金刚石颗粒烧结在一起的刀头。此锯片，多用于高速下对有色金属及非金属材料进行加工，目前广泛用于建材行业。前，金刚石锯片的焊接主要是烧结焊或钎I 这两种方法刀头与刀体的结合强度不够高、承载能力较低，使用中易发生崩刃现象，产品的安全可靠性能不好。因此，国产金刚石锯片很难进入国际市场。激光焊接由于焊点光斑面积小，局部温度高而易使材料熔融，故焊点强度高，对焊点周围材料无热破坏作用。使锯片的结合强度大为增加，是一种理想的焊接工艺，有广阔的应用前景。激光焊接法激光焊接系统主要由激光器、导光系统、聚焦系统、冷却系统、工件装夹装置、配气及工作 1 g95年 s月 7 H收稿刀头埠缝图 1 焊缝示意图以前，通常采用半自动方法进行金刚石锯片的激光焊接。锯片刀律固定在工作台上，刀头由快速夹紧装置相对刀体边缘面压紧，锯片旋转通过激光束完成焊接。这种方法效率较低，不同直径的锯片需专门的夹具．必须使刀体的直径公差控制在较小的范围内，才能得到满意的焊接。为消除上述缺点，可采用全自动的激光捍接方法。先自动确定刀体位置，将其引导到夹具体中夹紧，同时，刀头沿刀体边缘压紧，激光束由数控系统导引沿刀体、刀头连接面运动进行焊接，激光功率按功率循环图(图 2)运作，焊缝处材料的汽化得以避免。关掉光闸后，松开刀一 25 ～维普资讯 http://www.cqvip.com 图 2 激光捍接功率循环图具．翻转、重新装央另一面．引入焊接位置焊接。焊完后．成品自动地由一待焊锯片替换。激光焊接这两种方法的主要区别是前者的工件(锯片)在焊接中作方位运动．而后者是光学系统的加工头 (聚焦系统)作方位运动由工件作方位运动的优点是光学系统较简单．加工头不转动，与加工头连在一起的送气、送水等装置都无需转动和作高速补偿运动，易于布置；缺点是不同工件有不同的几何参数，方位运动和补偿运动因工件而异．给补偿运动的计算带来很大的困难．此外，从动力学角度考虑，工件作方位运动的方案只适于小型工件，否则惯性力过大加工头作方位运动的情况则相反，需要增加光学元件．且输送气、水、料的装置要和加工头的转动相适应，在加工头作有限角度转动的情况下．可通过柔性软管连接来实现。加工头转动的显著优点是其质量较轻．且加工头的几何尺寸是固定的．相应的补偿运动的计算易于按固定程序进行。实际应用中，尤其在工件质量较大时．多采用后一种方法。聚焦光学系统中的透射聚焦主要用于小功率(2kW 以下)，采用短焦距透镜．可得到很小的聚焦光斑和高的功率密度，然而．透镜易受烟尘、溅射物的污染。透镜发热易导致焦点位置的偏移，焦距 1 27ram(5”)的透镜，偏移量大于 0．5ram．从而焊缝的外表及质量欠佳。反射聚焦系统中的反射镜由高导热系数材料制造，能从背面进行水冷，因而镜面热畸变小，适用于数千瓦以上的大功率激光系统。影响焊接质量的因素在激光焊接中．所用的刀体材料对焊接结一 26 一果有重要影响。由于焊缝很窄．熔化的材料即刻冷却，标准钢将大大变脆．焊接裂缝将使强度降低．因此．需使用特定的低碳钢材料来加以克服。刀头基体材料同样影响焊接效果。材料选用不当不仅强度低，而且影响焊缝组织和表面质量。实际可使用微粒状的添加钴、镍、钨的特定混合物及合金材料。激光焦点位置也是重要的。焦斑应深入工件材料表面一适当距离h(图3．h一0．2S～ 0．3S)。焊接中要求激光柬良好的对中，光束有偏斜不能充分焊透(为了减少激光柬从烧结材料高挥发性成分中的辐射，可将焦点位置从接缝向刀体偏移 0．1～0．2ram)。应特别注意尽量减小对接面间隙，否则，光束会直接从中穿过而不能形成焊缝。锯片的刀头、刀体厚度不一时，激光束与锯片的光轴角B一般为5 ～11 (图3) 图 3 焦点位置焊接功率和焊速的影响不容忽视。若激光功率为 1500W ．则材料最大厚度为2．5～3．0 lrf1．m，焊速为 lm／min．材料越薄，焊速可越高。一激光照射到金属材料时．由于材料的汽化产生高浓度等离子体云，其温度有时超过 3000℃，几乎完全吸收激光柬、阻隔激光传输。采用保护气体(氮、氩、氮气等)可以抑制光致等离子体，捧除空气使焊缝免遭污染。激光焊接金刚石锯片的强度值比钎焊要高几倍．可达 1800N／ram。，且焊缝表面均匀，无需精加工。综上所述，激光焊接能最大限度地满足金刚石锯片的承载能力与寿命的需要，上述要求 (下转第 38页) 维普资讯 http://www.cqvip.com

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