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天工激光焊接金刚石技术(二)

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发表于 2010-9-12 15:46:30 | 显示全部楼层 |阅读模式

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  2试验结果及分析

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  2.1材质分析

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  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,焊接时极易出现气孔甚至空洞,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非常大,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。在材料一定时要使刀头性能优良,首先必须提高刀头压制密度,可采用选择颗粒细、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。

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  刀头内不可避免的存在孔隙,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重要保证,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800℃左右、保温时间为4min时,即可得到能满足激光焊需要、又不损坏模具及金刚石性能的刀头。刀头的密度对焊缝强度的影响最大,低密度的刀头焊接出来的焊缝强度是很低的,几乎不可能达到所需强度。

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  2.2焊接工艺研究

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  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。

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  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。

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