激光焊接金刚石锯片

· 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 · 吕长利 等 激光焊接金刚石锯 片 第 2期 2003年 4月 摘要 本文介绍优质激光焊接锯片的生产过程，以及在试制过程中遇到的诸多问题及其解决方 法，着重阐述锯片焊接强度问题以及影响焊接强度的·些因素，并确定较合理的制作工艺。 关键词 激光焊接 锯片 焊接 强度 Laser W elding Diamond Sawblade Abstract The paper introduces the productive process of high--quality diamond sawbla- des welded with laser，and many problems occurring in the manufacturing process and the ways tO solve the problems．The role is played on the welding strength of diamond and some factors affecting the welding strength and the reasonable manufacturing process iS confirmed． Key words laser welding diamond sawblade welding strength 1 前言 激光是 21世纪四大发明之一，是二十世纪 六十年代世界科学领域的一大发现，激光焊接 具有焊接质量好、焊缝小、激光束聚焦区窄，还 可精确地作用在钢基体和刀头界面处，因此，焊 接后基体无任何变形(热影响较小)，焊接速度 快等优点。 世界金刚石锯片市场大体可划分为专业市场 和DIY(即自选)市场两大类，其中专业市场以激 光焊接锯片为主体，以各类专业型石材厂家和大 10 圈 一回 一圃 一 匦囹 一圜 —— 型工程建筑集团为对象。DIY市场则主要以零散 的个体、家庭用户和小型石材厂、建筑商为对象， 产品主要通过自选市场、连锁店的形式分销，产品 消耗是间断的，需求量相对较小，约占整个锯片市 场的比例不足 1O 0A；而专业市场的激光锯片占 85 以上；另外一小部分属中间市场。专业市场 (激光)锯片因其市场容量大、利润丰厚、技术水准 高、长期以来一直由西方工业 国家如意大利、德 国、法国等国家垄断。 2 生产工艺流程 圈．+匡罕 图 l 生产工艺流程图 维普资讯 http://www.cqvip.com · 论文 · 《工 业 金 刚 石》 第 2期 (1)粉料准备 对厂家提供的粉料每批均 需检测 ，符合要求后方可使用 。 (2)还原 已经氧化的．粉料必须经过还原 处理，确保胎体的合金化程度。 (3)混料 将不同比例的各种粉料均匀混合。 (4)制粒 将混合好的粉料加入成型剂，并放入 制粒机中，通 ^压缩空气及造粒剂，在机内主轴转子 及刮板的推动下，将粉料制成一定数 目的球丸，要求 在20#---so#范围内，制粒率0．85 以上。 (5)包裹 将金刚石表面包裹一层强碳化 物形成元素，以增强胎体对金刚石的把持力。 (6)冷压成型 将制好粒的粉料和包裹好 的金刚石在混料机中混合均匀后，装入冷压机 内的一侧料斗，将制好粒的非工作层粉料装入 另一侧料斗，输入相应的参数后压制，刀头的重 P T 量误差要控制在 0．5克以内。 (7)焙烘 冷压成型的刀头要求在氢气保 护下进行焙烘，温度控制在 350℃，时间为45— 60分钟，其目的是烘出刀头内的成型剂和易挥 发物，经过焙烘的刀头真空烧结后的合金化程 度明显优于不焙烘的刀头。 (8)真空热压烧结 将焙烘好的刀头装入 组装好的模具中，模具及上下压头刷脱模剂 ，便 于卸模具，提高模具的利用率。模具采用新型 结构，其上下压头高度相差一定尺寸，刀头相互 错位排列 ，一方面可减少横档板；另一方面提高 单盘刀头烧结率。以 (2)400刀头为例，传统模 具 20个／盘，新型模具为 100个／盘，烧结参数 根据胎体配方决定，一般烧结曲线如图2所示。 新型模具和传统模具见图 3。 ‘ ‘ 图 2 烧结曲线图 图3 新型模具和传统模具图 (9)磨弧 将烧结好的刀头去完毛刺后，在 磨弧机上进行磨弧。一是为了去掉刀头内弧的 氧化皮；二是使刀头内弧与基体外弧配合好，焊 接强度高。对于激光焊接刀头，其内弧与基体 ll 维普资讯 http://www.cqvip.com · 论文 · 吕长利 等 激光焊接金刚石锯片 第 2期 2003年 4月 外弧配合间隙小于激光束直径，否则刀头局部 焊接不上，影响刀头焊接强度和外观。 (1O)激光焊接 清洗基体，尤其是基体外弧焊接 面，刀头内弧面要用丙酮清洗干净，调整好刀头与基 体的间隙。焊接过程中，要注意下列事项：1)选择焦 距，确保激光能量集中在焊缝处；2)调整焊接功率与 转速，两者要匹配，焊接功率小，转速快，焊接深度小， 刀头焊接强度低；反之，焊接功率过大，转速低，焊接 容易过分融化流失，工作层与非工作层间的热应力增 大，焊接强度不高，且工作层与非工作层容易断开。 目前我公司使用的激光发生器最大功率为2kW，采用 每种参数重复两次进行焊接(即在锯片的正反面进行 焊接)，焊接功率 L 5～1．7kW，转速o．3～o．5米／分， 焊接强度满足要求。 (11)锯片开刃 锯片的侧刃和立刃需到开刃 机上开刃，保证锯片的径向及端面跳动满足国家 标准，要求蝌蚪状支撑明显，刀头无黑斑存在。 (12)锯片基体应力修整 激光焊接锯片由 于焊接变形小，一般基体无毛病，均满足要求， 个别锯片应力测试不满足要求，可进行滚压处 理 ，进行调整。 (13)锯片基体后处理 主要是锯片基体要 抛光 、喷漆处理，防止 日后生锈，按照开刃力向 标明使用方向，经过全部检验后包装入库。 3 锯片焊接强度的检测 焊接好的锯片刀头要逐一进行检测，出 口 优质型激光焊接强度应不低于 600MPa，检测 工具采用扭距扳手 ，扭距单位 为(NM，实为断 裂韧性)，扭距与焊接强度的换算关系 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 为： M6一 E2L2 P ／6 式 中 M6一扭距<单位 NM)； E一基体厚度(mm)； L2一刀头长度(mm)； P 一最小焊接强度，出 口优质锯片焊 接强度不低于 600MPa。 例如：0300锯片，基体厚度 2．0mm，刀头 尺寸 4O×2．8×10；扭距 ：Mb—E L2PfIIi ／6— 1 2 l6NM 。 最小焊接强度 的选取不是一成不变的。由 于加工对象的差异及市场价格的因素，工作层胎体配 方的粉料应作适当的调整，这样就存在工作层与非工 作层之间的连结强度的问题。最初为了焊接牢固，非 工作层多选取C0、 、Fe等粉料组成，为确保与工作 层的连结，工作层的粉料成分与非工作层接近。实践 证明，强度毫无问题，但随着市场竞争加剧，工作层胎 体不可能长期使用价格昂贵的Co、Ni等粉料，因此， 非工作层胎体的配方也应相应调整，使之既满足与工 作层的连结强度，又满足与基体的焊接强度的需要。 例如，我公司生产的经济型锯片，工作层以 Fe、Cu为主，辅之以少量的 Ni、Co、 等成分，非 工作层成分为 Fe30Ni30Cu30Col0，刀头本身的连 结强度达到15--~20NM，而传统的嫁接式非工作层 配方的刀头强度只有 5～8 ，且焊接后在检测 时，工作层与非工作层之间断开，说明传统嫁接工 作层与非工作层两者如成分上相差甚大，则两者 的合金化连结强度很低，效果差。 刀头本身连结强度检测方法：制作工作层 与非工作层各占5"~-6mm，观测断口，两者的合 金化均很好 ，将其夹于台钳上，用扭距扳手检测 工作层与非工作层分层而获得。通过试验及查 阅有关资料获得锯片在不同使用条件下的最小 抗弯强度，仅供参考。 机器切割(湿片)：150MPa 机器切割(干片)：225MPa 手工切割 ：150MPa。 通过调整工作层 与非工作层配方，我公司 经济型锯片刀头本身的连结强度达到 400～ 500MPa，刀头焊接强度为 1O NM，通过试验没 有掉刀头现象 ，工作层与非工作层连结强度及 非工作层与基体焊接强度问题，还需要做进一 步的研究 。 4 刀头非工作层含有金刚石问题及解决方法 初期，在磨弧过程中，我们发现许多非工作 层中含有数量不等的金刚石颗粒，导致磨弧工 作难以进行，严重影响磨弧尺寸精度和焊接强 维普资讯 http://www.cqvip.com · 论文 · 《工 业 金 刚 石》 第 2期 度。通过分析和查找，发现这些金刚石颗粒是 在冷压过程中产生的。 原因：冷压过程中，最初先装工作层料，当 下压头向下退数毫米，以便装非工作层料时，由 于冷压模具槽口很窄，下退时在模具 口存在工 作层料(颗粒状态，内含有金刚石)搭接现象，虽 然数量很少，但这部分料混入非工作层中，影响 磨弧和焊接工作，如图4所示。 a非工作层料装满 b 图 4 改进前装料冷压示意图 解决办法 ： (1)从根本上解决：当工作层料装满容腔下 退数毫米后，非工作层小车先不上前给料，而是 上压头先压数毫米，等上压头复位后，再供给非 工作层料进行压制，但因压制程序已经固定在 冷压机的控制系统内，难以进行改造。 (2)从压制原理上解决：将上、下压头倒装， 先装非工作层料，下退数毫米后再装下工作层 粉料，这样即使非工作层下退时产生搭接观象， 这一小部分料也只是混入工作层中，不会影响 后续工作 ，基本上不影响锯片的使用。 目前采 用该方法解决此问题 ，如图 5所示。 a工作层料装满 b 图5 改进后装料冷压示意图 5 试验结果 (1)我们先后试制了数片 30—4Oo激光焊接 锯片，在自制的试验台上进行试验，其中，咖 经济 型锯片的切割效率达到2～Z 4米／分，损耗o．2一o．3 毫米／4o米，由于该锯片的寿命可达1500米以上，试 验只切割了约 70米，损耗o．5毫米，结果比较满意。 未进行全片切割试验。 (2)发往印度的 50锯片，切割中硬花岗岩， 机器转速3000转／分，功率5马力／7．5马 力，冷却 水 1O升／分钟，对方要求及使用情况见下表： 尽管锯片只切割了 7000英尺，但板材的 厚度为 16毫米，若切割 10---12毫米厚的板材， 理论折合寿命可达 9300--~41200英尺，超过用 户的要求。目前该印度客户已经同我公司签定 了供货 合同 劳动合同范本免费下载装修合同范本免费下载租赁合同免费下载房屋买卖合同下载劳务合同范本下载 。 6 讨论 激光焊接锯片质量的关键在于 ： (1)非工作层中不能含有金刚石，否则磨弧 工作难以进行，严重影响焊接强度； (2)非工作层材料选择既要考虑与基体的可 焊接性，又要确保与工作层材料的相容性，即工作 层与非工作层的材料成分要接近，非工作层材料 的选择不能含有低熔点的材料，如Si等； (3)注意焊接功率与旋转工作台速度的匹配。 目前，激光焊接锯片还需要在如下几个方 面进行研究 ： ①胎体配方与切割对象相适应； ②工作层与非工作层连结强度。 7 结论 通过一系列的研究和试验，可得出如下结论： (1)激光焊接锯片在许多方面具有普通锯 片不可比的优点 ； (2)非工作层与工作层的连结强度问题关 键在于二者的相容性； (3)刀头经过冷压焙烘后烧结，其合金化的 程度明显提高； (4)锯片焊接强度取决于工作层与非工作 层连结强度及非工作层材料的选择。 ， 】3 维普资讯 http://www.cqvip.com