一种金刚石工具焊接方法与流程

本发明涉及焊接领域，尤其涉及一种金刚石工具焊接方法。

背景技术

金刚石具有最高的硬度、刚性以及优良的抗磨损、抗腐蚀性和化学稳定性，使金刚石广泛应用于各式各样的磨削工具。目前生产中使用的超硬磨料工具一般是利用多层烧结或单层电镀工艺来制作，磨粒只是被机械地包埋、镶嵌在结合层中，把持力不大，在负荷较重的加工中容易因把持力不足而导致磨料过早脱落，造成浪费。另一方面，在烧结和电镀工具中磨粒的出露高度不大，容屑空间较小，在磨削加工时容易产生磨屑的粘附堵塞，降低工具的加工性能和使用寿命。

由于烧结和电镀磨料工具存在上述缺陷和弊端，许多学者开始研究钎焊工艺来制作单层超硬磨料工具。与多层烧结超硬磨料工具和单层电镀超硬磨料工具相比，钎焊超硬磨料工具在磨料、钎料和基体三者之间能实现冶金化学结合，从而提高了结合强度，工具使用寿命长。另外磨粒的露出高度增大，容屑空间增大，不易堵塞。

这项新技术的制作工艺主要依靠炉中钎焊完成，钎焊工艺过程耗时长可能会引起金刚石磨粒的损伤以及工具基体的变形。此外，钎焊炉的尺寸也限制了制作金刚石磨粒具的尺寸。采用高频感应钎焊，避免了上述工艺的局限性，但升温速度、加热范围等难以控制。

2013年08月07日公开，公告号为cn103231064a的发明专利“一种新型镍基钎料钎焊单层金刚石砂轮的制作方法”公开了一种钎焊单层金刚石砂轮的制作方法，该发明通过向ni-cr基钎料中加入微细al粉而降低钎焊温度，解决了金刚石的热损伤和基体的变形的问题，但该方法没有解决大尺寸砂轮不能直接进行钎焊的问题。

2015年09月09日公开，公告号为cn104889518a的发明专利“单层高温钎焊金刚石砂轮工艺”公开了单层高温钎焊金刚石砂轮工艺，该发明先使用气焊在金属基体上喷涂1mm～1.5mm厚的ni-cr合金层，解决了合金层和金属基体之间具有浸润性差的问题，但该方法仍旧存在感应钎焊中升温速度、加热范围难以控制等问题。

近些年，由于激光焊接总热输入低、焊接过程迅速、热影响区小等优势而成为国内外焊接领域的一个研究热点，使激光钎焊技术也越来越受到人们的关注。研究发现激光钎焊可以选区加热，热影响区小，便于控制，钎焊后能保证基体(尤其是薄板基体)基本不变形等优点，从而可以弥补真空炉中钎焊和高频感应钎焊工艺中存在的上述问题。然而，在进行激光钎焊金刚石实验过程中，发现金刚石会随着熔池一起移动，最后金刚石聚集成堆的现象，导致金刚石热损伤严重，且无法将金刚石钎焊到预设的位置，得不到理想的金刚石排布顺序。此外，一般传统的激光钎焊金刚石的工艺过程中，激光会直接投射到金刚石表面，从而提高了金刚石表面烧损氧化和石墨化的可能性，导致钎料层和金刚石之间的结合强度降低。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述存在的问题，提供了一种金刚石工具焊接方法，以降低金刚石表面烧损化和石墨化，提高钎料和金刚石之间的结合强度。

本发明提供一种金刚石工具焊接方法，包括如下步骤：

步骤1：提供金刚石工具的基体，在基体表面设有v型槽。

步骤2：提供焊接用金刚石，金刚石均匀放置于基体v型槽。

步骤3：提供钎料板，除去钎料板上下表面的杂质，并置于基体的正上方。

步骤4：提供激光切割系统，激光切割系统具有激光发生器、传输光纤、激光切割头、机械手、固定支架，激光发生器通过传输光纤与激光切割头相连。

步骤5：提供气柱喷枪，气柱喷枪固定于激光切割头的固定支架上。

步骤6：提供超声振动装置，超声变幅杆压合于基体的下表面。

步骤7：启动激光切割系统，激光切割头聚焦形成的激光束垂直辐照钎料板上表面。

步骤8：启动气柱喷枪，气柱喷枪喷射惰性气体作用于激光切割形成的金属熔滴。

步骤9：启动超声波发生装置，调节超声波频率，在超声高频振动下熔融金属在v型槽中铺展。

步骤10：激光切割头移动到终点位置，关闭激光切割系统，关闭气柱喷枪，保持超声波振动1~2分钟，完成焊接过程。

在其中一实施例中，步骤1中，v型槽的楔角α为30~60°，宽度d为0.5~1.2mm。

在其中一实施例中，步骤2中，金刚石大小为25~35目。

在其中一实施例中，步骤3中，基体上表面与钎料板下表面的垂直距离h为3~15mm。

在其中一实施例中，步骤4中，激光切割系统中，激光切割头聚焦形成的激光束功率大于4kw，切割速度为1~10m/min。

在其中一实施例中，步骤5中，气柱喷枪喷嘴与激光切割头相距δ为3~5mm。

在其中一实施例中，步骤7中，激光切割头的运动轨迹与焊缝轨迹保持一致。

在其中一实施例中，步骤8中，气柱喷枪喷射的气体为加热的惰性气体，如氩。

在其中一实施例中，步骤8中，气柱喷枪喷射的气体压力为0.5～5kpa。

附图说明

图1是本发明实施例一种金刚石工具焊接方法所涉及的设备与工作布置示意图。

图2是图1所示方法中金刚石工具焊接纵截面示意图。

图3是图1所示方法中金刚石放置于v型槽横截面示意图。

图4是图1所示方法中v型槽横截面示意图。

其中：1-基体，2-v型槽，3-钎料板，4-激光发生器，5-传输光纤，6-激光束，7-激光切割头，8-机械手，9-固定支架，10-气柱喷枪，11-切割缝，12-金属熔滴，13-金刚石，14-焊缝，15-超声变幅杆，16-切割前沿。

具体实施方式

以下将结合附图以及具体实施例来对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1-4所示，本发明实施例提供了一种金刚石工具焊接方法包括如下步骤：

步骤1：提供金刚石13工具的基体1，在基体1表面设有v型槽2。

可选的，v型槽2的楔角α为30~60°，宽度d为0.5~1.2mm。

步骤2：提供焊接用金刚石13，金刚石13均匀放置于基体v型槽2。

可选的，金刚石13大小为25~35目。

步骤3：提供钎料板3，除去钎料板3上下表面的杂质，并置于基体1的正上方。

可选的，基体1上表面与钎料板3下表面的垂直距离h为3~15mm。

步骤4：提供激光切割系统，激光切割系统具有激光发生器4、传输光纤、激光切割头7、机械手8、固定支架9，激光发生器4通过传输光纤5与激光切割头7相连。

可选的，激光切割头7聚焦形成的激光束6功率大于4kw，切割速度为1~10m/min。

步骤5：提供气柱喷枪10，气柱喷枪10固定于激光切割头7的固定支架9上。

可选的，气柱喷枪10喷嘴与激光切割头7相距δ为3~5mm。

步骤6：提供超声振动装置，超声变幅杆15压合于基体1的下表面。

步骤7：启动激光切割系统，激光切割头7聚焦形成的激光束6垂直辐照钎料板3上表面。

可选的，激光切割头7的运动轨迹与焊缝轨迹保持一致。

步骤8：启动气柱喷枪10，气柱喷枪10喷射惰性气体作用于激光切割形成的金属熔滴12。

可选的，气柱喷枪10喷射的气体为加热的惰性气体，如氩气。

可选的，气柱喷枪10喷射的气体压力为0.5～5kpa。

步骤9：启动超声波发生装置，调节超声波频率，在超声高频振动下熔融金属在v型槽2中铺展。

步骤10：激光切割头7移动到终点位置，关闭激光切割系统，关闭气柱喷枪10，保持超声波振动1~2分钟，完成焊接过程。

在本发明中，利用高能量激光束6切割钎料板3得到金属熔滴12，金属熔滴12向下运动，落入v型槽2中，金属熔滴12向基体1和金刚石13铺展润湿实现冶金结合，并填满v型槽2，实现金刚石13与基体1焊接连接，避免激光束6直接辐照金刚石13产生石墨化，实现金刚石13工具焊接制造。

在本发明中，利用高能量激光束6切割钎料板3得到金属熔滴12，金属熔滴12向下运动，气柱喷枪10喷射的高压惰性气体冲击金属熔滴12，使金属熔滴12快速落入v型槽2中，缩短了金属熔滴12与空气接触时间，促使熔融金属迅速铺展，避免凝聚成块造成焊缝裂纹。

在本发明中，通过在基体1的下表面安装超声变幅杆15，超声振动和声流效应有效的作用于v型槽2中的熔融金属，有助于形成均匀的细小晶粒进而得到力学性能更好的焊缝。