专利名称：双金属复合锯条的焊接方法及其设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种双金属复合锯条的焊接方法及其设备。
背景技术：
双金属复合锯条用于金属锯床。双金属复合锯条采用高性能的高速钢齿部材料和优质的弹簧钢带体材料，其齿部具有良好的红硬性，而带体能保持很高的疲劳强度，可高速锯削各类黑色金属和有色金属。双金属复合锯条是一种既省原材料又降低能源消耗的新型锯削刃具。双金属复合锯条可以制成各种宽度、齿形和齿距的规格，适合各类卧(立)式带锯床使用。双金属复合锯条是将高速钢和弹簧钢焊接成一体后，再经过铣齿和分齿等工艺制作而成。
真空电子束焊接是所有焊接手段中焊缝深宽比最高的焊接方式。双金属复合锯条的齿部采用了高速钢，在焊接过程中必须保证不能对齿部足够区域引起热影响。采用真空电子束焊接正是利用了它具有最窄的焊缝，从而保证对尽可能窄的高速钢焊接后仍然留有足够的高性能齿部材料。正因为如此，目前，双金属复合锯条中的高速钢和弹簧钢都是通过电子束真空焊接而成一体的，真空电子束焊接的缺点在于其必须在真空下进行，操作复杂设备造价高。
采用激光束焊接双金属复合锯条可以克服真空电子束焊接的缺点，但由于传统的激光焊接的焊缝深宽比比真空电子束的焊缝深宽比小，这样对同样厚度的双金属复合锯条，激光焊接的焊缝较真空电子束焊接的焊缝宽，因此在同样的齿部宽度要求下，激光焊接时要求更宽的高速钢材料，由此所带来的成本增加是不能被接受的。而且在整个厚度方向上的焊缝不均匀，激光焊接焊缝在厚度方向上存在“焊缝入口大出口小”的焊缝宽度不均匀问题。
传统的激光焊接原理是，激光通过聚焦系统聚焦垂直照射在需要焊接的两块钢板的连接处，当激光功率密度达到106～107W/cm2时，功率输入远大于热传导、对流及辐射散热的速率，材料表面发生汽化而形成匙孔，孔内金属蒸汽压力与四周液体的静力和表面张力形成动态平衡，激光可以通过孔中直射到孔底，称为匙孔效应(Keyhole Effect)。匙孔的作用和黑体一样，能将射入的激光能量完全吸收，激光停止后四周的熔化金属迅速将小孔填满而成焊缝。
真空电子束焊接与传统的激光焊接一样，其核心都是形成一个引孔(或称为匙孔)将能量引入，电子束或激光束通过垂直照射在焊缝表面形成引孔将电子束或激光束能量引入厚度方向。但由于单电子能量远远大于单光子的能量，因此真空电子束的穿透能力比激光束强，所以真空电子束焊接的深宽比一般比激光焊接的深宽比大，真空电子束焊接的焊缝一般比激光焊接的焊缝更窄更直。这样在双金属复合锯条对焊缝要求很高的领域，真空电子束焊接比一般激光焊接的焊接质量更有优势，但激光焊接则在操作和稳定性上更有优势。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处，提供了一种双金属复合锯条的激光焊接方法及其设备。该焊接方法可以实现更窄的上下宽度一致的焊缝宽度。所用设备结构紧凑，体积小，便于实施。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是一种双金属复合锯条的焊接方法，其特征在于将待焊接的双金属之间构成20～80度的角，经过聚焦的激光束沿着与双金属水平的方向照射在待焊接处，熔化双金属的整个厚度方向，在激光束照射过程中拉动双金属，使得双金属逐步熔化，熔化的双金属压合焊接复合在一起。
实现上述方法的设备包括激光器、聚焦系统、压合装置，其特征在于所述压合装置的结构为，在支架的三个侧面上分别开有槽，双金属分别穿过其中的两个槽，二个挤压辊分别位于双金属结合部位的两侧，在侧面上开有通光孔。
本发明相比现有技术具有以下优点(1)激光束直接照射在焊接厚度部位，不需要像传统的激光深熔焊那样形成一个“引孔”，在同样的熔化厚度情况下，可以避免“引孔”带来的焊缝宽度，实现更窄的焊缝宽度。
(2)激光束直接照射在焊接厚度部位，因此在整个厚度方向上的焊缝完全一致均匀，避免了一般激光焊接焊缝在厚度方向上的“焊缝入口大出口小”的焊缝宽度不均匀问题。
(3)激光束直接照射在焊接厚度部位，使焊接速度更快、焊接质量更好，更加节省高速钢材料，成本大大降低。
(4)所用设备结构紧凑，体积小，便于实施。
图1为本发明中双金属位置关系的示意图。
图2为本发明中焊接双金属复合锯条所用设备的结构示意图。
具体实施例方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1、图2所示，焊接双金属复合锯条所用设备包括激光器1、由两个聚焦镜2、3组成的聚焦系统、压合装置4，压合装置4的结构为，在支架5的侧面6上开有槽11，在侧面7上开有槽12，在侧面8上开有槽13，金属15穿过槽11、12，金属16穿过槽11、13，待焊接的双金属15、16之间构成的角度α可以为20度，或50度，或80度等，挤压辊9、10分别位于双金属15、16结合部位的两侧，保证结合部位的准确定位，在侧面7或侧面8上开有通光孔14。
激光器1可采用连续的CO2或YAG高功率激光器，输出的高功率激光束，通过光学系统聚焦成长度为1.2mm～1.5mm，宽度为0.5～1.5mm的光斑，由于锯条的典型厚度是1.0～1.1mm，因此，长度为1.2mm～1.5mm的聚焦光束可以直接熔化锯条结合部位的整个厚度方向。所述挤压辊9、10可以装在支架5上，也可装在另外设置的基座上。
将聚焦后的激光束17沿着与双金属15、16水平的方向通过通光孔14照射在待焊接α角处，熔化双金属15、16的整个厚度方向，在激光束17照射过程中，可利用夹送辊或其它装置向外拉动双金属15、16，使得双金属15、16逐步熔化，熔化的双金属15、16在挤压辊9、10的压合下直接融合在一起，完成焊接过程。
因双金属复合锯条的齿部高速钢16非常窄，可以任意扭曲，将两种金属15、16结合部位张开足够的角度α，就可保证激光束17沿着与双金属15、16水平的方向直接照射到结合部位。
激光束17照射熔化焊接部位最好在保护气体条件下进行，可防止焊接过程中，双金属15、16的焊接部位在高温下氧化。这时，需对支架5加以密封，其内填充有保护气体，保护气体可为氮气、氩气、二氧化碳等，通光孔14采用透镜或透光材料密封。
权利要求
1.一种双金属复合锯条的焊接方法，其特征在于将待焊接的双金属(15)、(16)之间构成20～80度的角(α)，经过聚焦的激光束(17)沿着与双金属(15)、(16)平行的方向照射在待焊接处，熔化双金属(15)、(16)的整个厚度方向，在激光束(17)照射过程中拉动双金属(15)、(16)，使得双金属(15)、(16)逐步熔化，熔化的双金属(15)、(16)压合焊接复合在一起。
2.根据权利要求1所述的双金属复合锯条的焊接方法，其特征在于激光束(17)照射熔化焊接部位在保护气体条件下进行。
3.一种用于权利要求1所述方法的设备，包括激光器、聚焦系统、压合装置，其特征在于所述压合装置(4)的结构为，在支架(5)的三个侧面(6)、(7)、(8)上分别开有槽(11)、(12)、(13)，双金属(15)、(16)分别穿过其中的两个槽(11)、(12)，(11)、(13)，二个挤压辊(9)、(10)分别位于双金属(15)、(16)结合部位的两侧，在侧面(7)或侧面(8)上开有通光孔(14)。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于对支架(5)加以密封，其内填充有保护气体，通光孔(14)采用透镜或透光材料密封。
全文摘要
本发明公开了一种双金属复合锯条的焊接方法及其设备，该方法是将待焊接的双金属之间构成20～80度的角，经过聚焦的激光束沿着与双金属平行的方向照射在待焊接处，熔化双金属的整个厚度方向，在激光束照射过程中拉动双金属，使得双金属逐步熔化，熔化的双金属压合焊接在一起。用于所述方法的设备包括激光器、聚焦系统、压合装置，压合装置的结构为，在支架的三个侧面上分别开有槽，双金属分别穿过其中的两个槽，二个挤压辊分别位于双金属结合部位的两侧，在一个侧面上开有通光孔，聚焦后的激光束通过通光孔照射在待焊接处。该焊接方法可以实现更窄的上下宽度一致的焊缝宽度，使焊接速度更快、焊接质量更好，更加节省高速钢材料，成本大大降低。
文档编号B23K26/42GK1718352SQ200510019099
公开日2006年1月11日 申请日期2005年7月15日 优先权日2005年7月15日
发明者陈培锋, 王英, 薛原, 朱明珠 申请人:华中科技大学