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激光焊接金刚石锯片工艺分析

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，锯切过程中及时拧紧；易发生刀头飞崩伤人等事故，锯片的安全可靠性不好。激光能量饲料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。激光焊接系统示意目前图如图1所示。驴肉干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铆钉枪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，但可加入少因此量的起固溶强化、增加磨性和减伊利石少焊接气孔作用的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。

2 焊接工艺

金刚石锯片的激光焊接属于不同厚度的异种材料焊接，影响其焊接质量的因素很多，包括焊前准备、激光光束质量、激光功率、焊接速度、焦点位置、激光束偏移量、激光束的入射角、保护气体流量等，而目前有关这方面的研究应该说是比较成熟的。

2.1 光束质量

目前国内外激光焊接金刚石锯片所用激光器主要为W的C02激光器。其模式多为基模、准基模或者低阶模。评价光束质量通常以光束模式来表征，光束模次越高，发散角越大，光束质量越差。就焊接而言，光束质量主要影响焊缝熔深和形状，在相同条件下，模式不同，则焊接深度明显不同；光束模式对焊缝形状也有影响，高阶模式焊接焊缝较宽且不均匀，这是由于高阶模（TEM00）的光束能量分布不均匀引起的；低阶模（TEM01）焊接，焊缝较细且平直均匀。因此，应采用基模或低阶模，若模次偏高，则难以满足焊接质量的要求。

2.2 功率

激光功率是影响焊接的最重要因素，一定的功率对应一定的功率密度，决定一定的熔深。产生小孔效应、进行深熔焊接的前提是聚焦激光焦斑有足够高的功率密度。根据激光功率密度的大小，激光焊接有两种方式：（1）热传导焊，（2）深熔穿透焊。功率密度较低时（