CN110919880B - 一种护齿多孔激光焊接片及其制备工艺 - Google Patents

一种护齿多孔激光焊接片及其制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种护齿多孔激光焊接片及其制备工艺，属于高效节能工具技术领域。该激光焊接片包括基体、排屑槽、排屑冷却孔和金刚石刀头，所述金刚石刀头均匀分布于基体外边缘上，刀头之间设置排屑槽；所述排屑槽伸出刀头内侧面的部分呈倾斜状，所述排屑冷却孔分布在半径不同的圆环线上。所述基体的材质为30CrMo；刀头原料组成：铜20‑33份，铁28‑44份，镍3‑12份，钴6‑20份，锡3‑11份，稀土合金11‑24份，液体石蜡0.09‑0.15份，金刚石1.0‑2.5份。通过激光焊接将刀头与基体连接为一体。本发明通过优化刀头组成及激光焊接片结构，所制备的激光焊接片可适应高效节能的使用要求，且环保、安全。

Description

一种护齿多孔激光焊接片及其制备工艺
技术领域
本发明涉及高效节能工具技术领域，具体涉及一种护齿多孔激光焊接片及其制备工艺，该激光焊接片主要用于高速公路的建设和工程桥梁的切割维护、墙面拆建、老混凝土路面翻新等。
背景技术
在高速发展的市场环境中，安全和高效是激光焊接片必不可少的要求，特别是在恶劣的环境中使用时，激光焊接片的安全问题是不变的主题。普通锯片由于没有护齿保护或仅仅只有很少的硬质合金保护基体，很难保持安全的稳定性，而基础建设离不开激光焊接片，由于在浇筑混凝土路面和工程施工过程中随着用工成本的提升，高效节能的工具势必受到用户的青睐。
发明内容
本发明的目的在于提供一种护齿多孔激光焊接片及其制备工艺，可适应高效节能的使用要求，且环保、安全。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种护齿多孔激光焊接片，包括基体、排屑槽、排屑冷却孔和金刚石刀头，其中：所述金刚石刀头为多个，均匀分布于基体外边缘上，相邻金刚石刀头之间设置排屑槽；所述排屑槽伸出金刚石刀头内侧面的部分呈倾斜状，倾斜部分与该激光焊接片直径方向的夹角为20°-50°；所述排屑槽两侧对应的金刚石刀头侧面的高度不相等；所述排屑冷却孔分布在与该激光焊接片同心但半径不同的圆环线上，各圆环线上的排屑冷却孔均匀分布，每个圆环线上排屑冷却孔数量与刀头数量相同。
所述基体中，由外至内各圆环线上相应位置的各排屑冷却孔连成直线且该直线方向与所述排屑槽倾斜部分的夹角为0°-10°；每间隔一个刀头分布一排排屑冷却孔。
该激光焊接片半径为145-155mm；该激光焊接片中心到基体外边缘最长距离为135-145mm，激光焊接片中心到基体外边缘最短距离为125-135mm；基体上相邻圆环线之间的距离为8-10mm。
所述金刚石刀头的厚度为3.0-3.3mm，所述基体厚度为2.1-2.3mm；所述排屑冷却孔直径3-5mm。
该激光焊接片的中心还开有安装孔，用于将其安装在切割机上；所述安装孔的直径25-26mm。
所述基体的材质为30CrMo；所述刀头按重量份数计的原料组成如下：
铜20-33份，铁28-44份，镍3-12份，钴6-20份，锡3-11份，稀土合金11-24份，液体石蜡0.09-0.15份，金刚石1.0-2.5份。
所述刀头原料优选的组成如下：
铜24-29份，铁30-39份，镍6-10份，钴9-18份，锡4-6.5份，稀土合金13-21份，液体石蜡0.1-0.15份，金刚石1.4-2.0份。
所述刀头原料中，金刚石粒度30/40、40/50或50/60，抗压强度25-40kg；所述稀土合金为La-Ni合金，La-Ni合金中La为15-20wt.％，余量为Ni。
所述护齿多孔激光焊接片的制备工艺，包括如下步骤：
(1)基体加工：
钢板进行热处理，热处理过程为：865-880度油淬10-15分钟，然后在450-500度回火2-5小时；热处理后的钢板加工成基体形状；
(2)金刚石刀头制备：
将金刚石刀头原料按比例混合均匀，然后冷压成型，过渡层原料混合后冷压成型；将冷压成型后的金刚石刀头内侧设置1-2mm厚过渡层，通过热压烧结将金刚石刀头与过渡层连接在一起，经砂轮砂带打磨制作成带有过渡层的金刚石刀头，其中热压烧结温度为780～850℃，压力300～350kg/cm2，保温时间1.5-3min；所述过渡层材料组成为：Fe 30-38wt.％，Cu 8-12wt.％，Mn 6-8wt.％，Co余量；热压烧结后过渡层密度大于8g/cm3。
(3)激光焊接：
将金刚石刀头按图纸要求放在基体周围相应位置上，将激光焊接机的光点调整到刀头与基体合适的位置，启动激光焊接机焊接，使刀头和基体在激光穿透的瞬间焊接在一起；焊接工艺参数为：采用CO2激光器，激光光斑直径0.4mm，激光功率800-820W，焊接速度15-20mm/s；保护气体为氩气，保护气流量0.5L/min，离焦量0.85-1.0mm，激光束偏移量0.1-0.3mm，激光入射角5-10°。
(4)将焊接后的护齿多孔激光焊接片的刀头内侧面喷砂，然后用专用砂轮打磨金刚石刀头的工作面，并使金刚石暴露出来，用磨光机打磨至基体表面光亮。
本发明设计原理及有益效果如下：
1、通过金刚石刀头结构改良，基体边缘呈锯齿状，且刀头内侧形状也基体边缘适应，并且刀头齿做薄，从而提高刀头与基体之间的耐磨等性能。通过刀头与基体的厚度差计算，对焊接片中刀头和基体规格(厚度、距离、各孔尺寸等)进行限定，实现高效护齿多孔激光焊接片的设计，切割机在高速切割混凝土路面等材料时，护齿激光片可以降低基体与切割材料的接触面积，从而减少基体与切割材料的无效摩擦，降低阻力，提高切割效率，更加环保，安全。
2、因刀头与基体连接处呈锯齿状配合，本发明特别采用激光焊接，使刀头与基体的结合强度更高，安全性能更好，保证刀头在高速冲击切割时刀头能够牢固的对抗钢筋等高韧性材料的安全切割。
3、通过在配方中加入钴和稀土合金等组份，并调配各成分配比，可以提高金刚石刀头胎体对金刚石的包镶力，使金刚石出刃高度更高，因此切割锋利。
4、结合基体材料和刀头胎体材料，设计了特定组成的过渡层，配合优选的热压工艺，使过渡层具有良好致密度，配合相应的激光焊接参数，实现具有高结合力的激光焊接片的制备。
附图说明
图1为本发明多孔激光焊接片结构示意图(俯视图)。
图2为本发明多孔激光焊接片结构示意图(侧视图)。
图3为本发明多孔激光焊接片结构的局部放大图。
其中：1-基体；2-排屑槽；3-排屑冷却孔；4-金刚石刀头。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，以下结合实例对本发明进行描述，但实例仅为对本发明的特点和优点做进一步阐述，而不是对本发明权利要求的限制。
如图1-3所示，本发明护齿多孔激光焊接片包括基体1、排屑槽2、排屑冷却孔3和金刚石刀头4，多个金刚石刀头均匀分布于基体外边缘上，相邻金刚石刀头之间设置排屑槽；所述排屑槽伸出金刚石刀头内侧面的部分呈倾斜状，倾斜部分与该激光焊接片直径方向的夹角为20°-50°；所述排屑槽两侧对应的金刚石刀头侧面的高度不相等(分别为D1和D2，D1＞D2，D1＝(1.2-2)×D2)；所述排屑冷却孔分布在与该激光焊接片同心但半径不同的圆环线上，各圆环线上的排屑冷却孔均匀分布，每个圆环线上排屑冷却孔数量与刀头数量相同。
所述基体中，由外至内各圆环线上相应位置的各排屑冷却孔连成直线且该直线方向与所述排屑槽倾斜部分的夹角为0°-10°；每间隔一个刀头分布一排排屑冷却孔。
该激光焊接片半径为145-155mm；该激光焊接片中心到基体外边缘最长距离为135-145mm，激光焊接片中心到基体外边缘最短距离为125-135mm；基体上相邻圆环线之间的距离为8-10mm。
所述金刚石刀头厚度为3.0-3.3mm，基体厚度为2.1-2.3mm；排屑冷却孔直径3-5mm。激光焊接片中心还开有安装孔，安装孔直径25-26mm。
实施例1：
本实施例为护齿多孔激光焊接片的制备，过程如下：
1、基体材质为30CrMo；所述刀头原料组成如下(重量份)：
铜24份，铁31份，镍7.5份，钴12份，锡6份，稀土合金19.5份，液体石蜡0.14份，金刚石1.6份。
金刚石粒度40/50，抗压强度25-40kg；所述稀土合金为La-Ni合金，La-Ni合金中La为15.5wt.％，余量为Ni。
2、基体加工：
钢板进行热处理，热处理过程为：870度油淬12分钟，然后在460度回火4小时；热处理后的钢板加工成基体形状；
3、金刚石刀头制备：
将金刚石刀头原料按比例混合均匀，然后冷压成型，过渡层原料混合后冷压成型；将冷压成型后的金刚石刀头内侧设置1.5mm厚过渡层，通过热压烧结将金刚石刀头与过渡层连接在一起，经砂轮砂带打磨制作成带有过渡层的金刚石刀头，其中热压烧结温度为785℃，压力350kg/cm2，保温时间2min；所述过渡层材料组成为：Fe 35wt.％，Cu 8.5wt.％，Mn6.7wt.％，Co余量；热压烧结后过渡层密度8.5g/cm3。
4、激光焊接：
将金刚石刀头按图纸要求放在基体周围相应位置上，将激光焊接机的光点调整到刀头与基体合适的位置，启动激光焊接机焊接，使刀头和基体在激光穿透的瞬间焊接在一起；焊接工艺参数为：采用CO2激光器，激光光斑直径0.45mm，激光功率800W，焊接速度18mm/s；保护气体为氩气，保护气流量0.5L/min，离焦量0.85mm，激光束偏移量0.15mm，激光入射角8°。
5、打磨、喷漆、检验
将焊接后的护齿多孔激光焊接片的刀头内侧面喷砂，然后用专用砂轮打磨金刚石刀头的工作面，并使金刚石暴露出来，用磨光机打磨至基体表面光亮，然后以600N/mm2强度标准对每个金刚石刀头进行安全焊接强度检测，不合格返工，合格则进行表面喷漆，烘干，以防止表面生锈，最后丝印，激光打标，包装，入库。
经测试，本实施例制备的激光焊接片，焊缝无气孔、裂纹等宏观缺陷。焊缝强度约1520N/mm2。
实施例2：
本实施例为护齿多孔激光焊接片的制备，过程如下：
1、基体材质为30CrMo；所述刀头原料组成如下(重量份)：
铜25.5份，铁34份，镍8份，钴12份，锡4.5份，稀土合金20份，液体石蜡0.12份，金刚石1.5份。
金刚石粒度40/50，抗压强度25-40kg；所述稀土合金为La-Ni合金，La-Ni合金中La为15.5wt.％，余量为Ni。
2、基体加工：
钢板进行热处理，热处理过程为：875度油淬10分钟，然后在450度回火4小时；热处理后的钢板加工成基体形状；
3、金刚石刀头制备：
将金刚石刀头原料按比例混合均匀，然后冷压成型，过渡层原料混合后冷压成型；将冷压成型后的金刚石刀头内侧设置1.5mm厚过渡层，通过热压烧结将金刚石刀头与过渡层连接在一起，经砂轮砂带打磨制作成带有过渡层的金刚石刀头，其中热压烧结温度为790℃，压力350kg/cm2，保温时间2min；所述过渡层材料组成为：Fe 36wt.％，Cu 10wt.％，Mn6.5wt.％，Co余量；热压烧结后过渡层密度大于8.7g/cm3。
4、激光焊接：
将金刚石刀头按图纸要求放在基体周围相应位置上，将激光焊接机的光点调整到刀头与基体合适的位置，启动激光焊接机焊接，使刀头和基体在激光穿透的瞬间焊接在一起：焊接工艺参数为：采用CO2激光器，激光光斑直径0.4mm，激光功率805W，焊接速度18mm/s；保护气体为氩气，保护气流量0.5L/min，离焦量0.85mm，激光束偏移量0.15mm，激光入射角6°。
5、打磨、喷漆、检验
将焊接后的护齿多孔激光焊接片的刀头内侧面喷砂，然后用专用砂轮打磨金刚石刀头的工作面，并使金刚石暴露出来，用磨光机打磨至基体表面光亮，然后以600N/mm2强度标准对每个金刚石刀头进行安全焊接强度检测，不合格返工，合格则进行表面喷漆，烘干，以防止表面生锈，最后丝印，激光打标，包装，入库。
经测试，本实施例制备的激光焊接片，焊缝无气孔、裂纹等宏观缺陷。焊缝强度约1500N/mm2。
实施例3：
本实施例为护齿多孔激光焊接片的制备，过程如下：
1、基体材质为30CrMo；所述刀头原料组成如下(重量份)：
铜25份，铁36份，镍6.5份，钴12份，锡4.5份，稀土合金15份，液体石蜡0.14份，金刚石1.5份。
金刚石粒度40/50，抗压强度25-40kg；所述稀土合金为La-Ni合金，La-Ni合金中La为15.5wt.％，余量为Ni。
2、基体加工：
钢板进行热处理，热处理过程为：875度油淬12分钟，然后在480度回火4小时；热处理后的钢板加工成基体形状；
3、金刚石刀头制备：
将金刚石刀头原料按比例混合均匀，然后冷压成型，过渡层原料混合后冷压成型；将冷压成型后的金刚石刀头内侧设置1.5mm厚过渡层，通过热压烧结将金刚石刀头与过渡层连接在一起，经砂轮砂带打磨制作成带有过渡层的金刚石刀头，其中热压烧结温度为785℃，压力340kg/cm2，保温时间2min；所述过渡层材料组成为：Fe 32wt.％，Cu 8.6wt.％，Mn7.0wt.％，Co余量；热压烧结后过渡层密度8.8g/cm3。
4、激光焊接：
将金刚石刀头按图纸要求放在基体周围相应位置上，将激光焊接机的光点调整到刀头与基体合适的位置，启动激光焊接机焊接，使刀头和基体在激光穿透的瞬间焊接在一起；焊接工艺参数为：采用CO2激光器，激光光斑直径0.4mm，激光功率805W，焊接速度15mm/s；保护气体为氩气，保护气流量0.5L/min，离焦量0.82mm，激光束偏移量0.15mm，激光入射角8°。
5、打磨、喷漆、检验
将焊接后的护齿多孔激光焊接片的刀头内侧面喷砂，然后用专用砂轮打磨金刚石刀头的工作面，并使金刚石暴露出来，用磨光机打磨至基体表面光亮，然后以600N/mm2强度标准对每个金刚石刀头进行安全焊接强度检测，不合格返工，合格则进行表面喷漆，烘干，以防止表面生锈，最后丝印，激光打标，包装，入库。
经测试，本实施例制备的激光焊接片，焊缝无气孔、裂纹等宏观缺陷。焊缝强度约1525N/mm2。

Claims (6)

1.一种护齿多孔激光焊接片，其特征在于：该激光焊接片包括基体、排屑槽、排屑冷却孔和金刚石刀头，其中：所述金刚石刀头为多个，均匀分布于基体外边缘上，相邻金刚石刀头之间设置排屑槽；所述排屑槽伸出金刚石刀头内侧面的部分呈倾斜状，倾斜部分与该护齿多孔激光焊接片直径方向的夹角为20°-50°；所述排屑槽两侧对应的金刚石刀头侧面的高度不相等；所述排屑冷却孔分布在与该护齿多孔激光焊接片同心但半径不同的圆环线上，各圆环线上的排屑冷却孔均匀分布，每个圆环线上排屑冷却孔数量与刀头数量相同；
该激光焊接片半径为145-155mm；该激光焊接片中心到基体外边缘最长距离为135-145mm，激光焊接片中心到基体外边缘最短距离为125-135mm；基体上相邻圆环线之间的距离为8-10mm；
所述金刚石刀头内侧设置1-2mm厚过渡层，所述过渡层材料组成为：Fe 30-38wt.％，Cu8-12wt.％，Mn 6-8wt.%，Co余量；
所述基体的材质为30CrMo；所述刀头按重量份数计的原料组成为：铜 20-33份，铁 28-44份，镍 3-12份，钴 6-20份，锡 3-11份，稀土合金 11-24份，液体石蜡 0.09-0.15份，金刚石 1.0-2.5份；所述稀土合金为 La-Ni合金；
将金刚石刀头原料按比例混合均匀，然后冷压成型，过渡层原料混合后冷压成型；将冷压成型后的金刚石刀头内侧放置1-2mm厚过渡层，通过热压烧结将金刚石刀头与过渡层连接在一起，经砂轮打磨制作成带有过渡层的金刚石刀头，其中热压烧结温度为780～850℃，压力300～350kg/cm2，保温时间1.5-3min；热压烧结后过渡层密度大于8g/cm3；
所述金刚石刀头与基体采用激光焊接连接，焊接工艺参数为：采用CO2激光器，激光光斑直径0.4mm，激光功率800-820W，焊接速度15-20mm/s；保护气体为氩气，保护气流量0.5L/min，离焦量0.85-1.0mm，激光束偏移量0.1-0.3mm，激光入射角5-10°。
2.根据权利要求1所述的护齿多孔激光焊接片，其特征在于：所述基体中，由外至内各圆环线上相应位置的各排屑冷却孔连成直线且该直线方向与所述排屑槽倾斜部分的夹角为0°-10°；每间隔一个刀头分布一排排屑冷却孔。
3.根据权利要求1所述的护齿多孔激光焊接片，其特征在于：所述金刚石刀头的厚度为3.0-3.3mm，所述基体厚度为2.1-2.3mm；所述排屑冷却孔直径3-5mm。
4.根据权利要求1所述的护齿多孔激光焊接片，其特征在于：该激光焊接片的中心还开有安装孔，用于将其安装在切割机上；所述安装孔的直径25-26mm。
5.根据权利要求1所述的护齿多孔激光焊接片，其特征在于：所述刀头原料组成如下：
铜 24-29份，铁 30-39份，镍 6-10份，钴 9-18份，锡 4-6.5份，稀土合金 13-21份，液体石蜡 0.1-0.15份，金刚石 1.4-2.0份。
6.根据权利要求1所述的护齿多孔激光焊接片，其特征在于：所述刀头原料中，金刚石粒度30/40、40/50或50/60；所述La-Ni合金中La为15-20wt.%，余量为Ni。
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