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 摘要:研究了ø82,ø68两种金刚石取芯钻头的激光焊接方法及工艺,并分析了激光焊工艺参数对焊接质量的影响。此技术已成功地应用于实际生产中,并对同类产品有指导意义。
Laser welding of diamond core drills

Zhu Haihong,Tang Xiahui,Zhu Guofu

(National Engineering Research Center for Laser Processing,HUST,Wuhan ,430074)

  Abstract:This paper deals with the laser welding of diamond core drills and the effect of technical parameters such as the focus position,beam power density and welding speed on the welding strength.The experiment results provide the better technical parameters to correct the practical welding procedure.
  Key words:diamond core drills laser welding process parameter

引  言

  金刚石取芯钻头不仅在地质勘探中有重要地位,更因为其具有钻进速度快、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。国内的钻头常采用钎焊的方法连接。金刚石取芯钻头工作时由于转速极快,受强烈的冲击和震动,需要高的剪切强度和高温强度。钎焊的钻头刀头经常由于高速钻进发热引起钎料熔化而脱落[1]。所以,国外从80年代后期就发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危险;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,质量稳定可靠,并且产品的平均成本低。
  金刚石取芯钻头的结构如当单位压力在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。
2.2 焊接工艺研究
  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,如保护焊接区不被氧化;保护聚焦透镜;吹散部分等离子云。若气流量太小,起不到作用,焊缝区被氧化而引起机械性能恶化,透镜也易污染损坏,成本增加;过大的气流量会吹翻熔池,影响焊缝成形,增加焊接缺陷,同时减少熔深。在我们的焊接试验中选用气流量为0.5L/min。

3 结  语

  1要使激光焊接金刚石取芯钻头成功,在刀头配方一定的情况下,必须使刀头致密而且机械性能良好;
  2在激光焊接金刚石取芯钻头过程中,必须合理地选择有关工艺参数,如激光功率密度、焊接速度、焦点位置及保护气体流量,才能保证焊接质量;
  3采用小规范的焊接工艺是焊好钻头的有效途径;
  4采用在光路系统中增加一个反射镜的方法可以进行钻头的反面焊接,解决了钻头因单面焊接结合强度不稳定的问题, 但这种方法不能焊接直径太小的钻头;
  5激光焊接金刚石取芯钻头的方法还不适应大批量生产,生产率不高,有待进一步改进。

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