CN111922430A - 一种高抗弯强度激光焊接金刚石锯片的制备方法 - Google Patents

一种高抗弯强度激光焊接金刚石锯片的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高抗弯强度激光焊接金刚石锯片的制备方法，属于钢筋混凝土切割工具技术领域。该激光焊接金刚石锯片包括圆形基体与焊接在基体外边缘上的金刚石刀头，刀头与基体通过双面激光焊接为一体，焊接工艺参数为：激光光斑直径0.4mm，激光功率700‑750W，焊接速度10‑14mm/s；保护气体为氩气，保护气流量0.5L/min，离焦量1.2‑1.6mm，激光束偏向基体一侧，偏移量为0.2‑0.3mm，激光入射角12‑15°；本发明通过刀头配方和激光焊接工艺参数的优化设计，使得切割钢筋混凝土的金刚石锯片获得高的抗弯强度，从而增加使用时的安全及稳定性。

Description

一种高抗弯强度激光焊接金刚石锯片的制备方法
技术领域
本发明涉及钢筋混凝土切割工具技术领域，具体涉及一种高抗弯强度激光焊接金刚石锯片的制备方法，该锯片要用于桥梁建设、高铁路面施工、道路铺设、管道施工等领域。
背景技术
金刚石锯片是一种切割工具，广泛应用于混凝土、耐火材料、石材，陶瓷等硬脆材料的加工。金刚石锯片主要由基体与刀头两部分组成，基体是粘结刀头的主要支撑部分。而刀头则是在使用过程中起切割的部分，刀头会在使用中而不断地消耗掉，而基体则不会，刀头之所以能起切割的作用是因为其中含有金刚石，金刚石作为目前最硬的物质，它在刀头中摩擦切割被加工对象。而金刚石颗粒则由金属包裹在刀头内部。
在当今高速发展的工业大背景下，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。同时，施工队工人希望在保证质量及安全的情况下尽量提高作业效率。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种高抗弯强度激光焊接金刚石锯片的制备方法，所制备的金刚石锯片具有高的抗弯强度，使用时安全、稳定、切割快。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种高抗弯强度激光焊接金刚石锯片的制备方法，所述金刚石锯片包括圆形基体与焊接在基体外边缘上的金刚石刀头，其中：所述金刚石刀头为多个，均匀排布于基体外圆周上；该金刚石锯片的制备方法包括如下步骤：
(1)基体加工：
钢板进行激光切割为基体形状，然后热处理，热处理后进行常规的整平和打磨后备用；
(2)金刚石刀头制备：
将金刚石刀头原料按比例混合均匀后，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；所述热压烧结温度为800～840℃，压力300～380kg/cm2，保温时间120-300秒；
(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激光器进行双面激光焊，激光光斑直径0.4mm，激光功率700-750W，焊接速度10-14mm/s；保护气体为氩气，保护气流量0.5L/min，离焦量1.2-1.6mm，激光束偏向基体一侧，偏移量为0.2-0.3mm，激光入射角12-15°；
(4)将焊接后的金刚石锯片的刀头工作面用砂轮打磨，使金刚石暴露出来，再用磨光机配120目砂带打磨至基体表面光亮。
所述基体的材质为30CrMo，所述刀头中含有金刚石，金刚石粒度30/40、40/50或50/60，抗压强度25-40kg。
步骤(1)中，所述热处理过程为：865-880℃油淬10-15分钟，然后在450-500℃回火2-5小时。
步骤(2)中，所述金刚石刀头按重量份数计的原料组成如下：
铜14-35份，铁22-46份，锡2-7份，镍2-10份，锰4-17份，碳化钨11-19份，液体石蜡0.1-0.7份，金刚石1.0-2.2份。
步骤(2)中，所述金刚石刀头按重量份数计的原料组成优选如下：
铜17-29份，铁27-41份，锡4-7份，镍4-8份，锰9-15份，碳化钨13-17份，液体石蜡0.2-0.6份，金刚石1.1-1.8份。
步骤(2)中，所述金刚石刀头按重量份数计的原料组成更优选如下：
铜25份，铁40份，锡5份，镍7份，锰9份，碳化钨17份，液体石蜡0.3份，金刚石1.2份。
步骤(2)中，所述过渡层化学组成为：Fe 45-60wt.％，Mn 2-5wt.％，Cu余量。
步骤(3)激光焊接后，焊缝宽度1-1.5mm，穿透深度2-2.6mm。
该激光焊接金刚石锯片的相邻金刚石刀头之间形成V型槽，所述V型槽向基体内延伸出弧形槽Ⅰ；所述金刚石刀头的外端面设计为长城齿结构；所述金刚石刀头的长城齿结构是指金刚石刀头外端面设计多个U型槽，每个金刚石刀头上U型槽的数量为4-6个。
该激光焊接金刚石锯片的基体中心设有安装孔，用于将金刚石锯片安装在切割机上；所述基体上还设有冷却孔及弧形槽Ⅱ，弧形槽Ⅱ设置于安装孔与弧形槽Ⅰ之间，所述弧形槽Ⅱ的数量与弧形槽Ⅰ的数量相等；所述弧形槽Ⅱ的一端位于相邻两个弧形槽Ⅰ之间，弧形槽Ⅱ的另一端向安装孔方向延伸，且弧形槽Ⅱ的另一端呈钩状；相邻两个弧形槽Ⅱ之间设有2-5个冷却孔。
本发明设计制备的激光焊接金刚石锯片可适应切割各种路面、墙面铺装施工等需求，本发明有以下优点：
1、本发明工艺中中基体与刀头采用双面激光焊接，针对刀头化学组成采用优化的双面激光焊接工艺参数，从而提高抗弯强度(激光焊缝的抗弯强度大于2000MPa，大于基体的抗弯强度)，安全性更高，同时基体上的两处弧形槽设计可以提高干切风冷却速度，从而使基体始终保持低温高强度的状态，提高锯片的使用安全系数，保证刀头在极端条件使用时不易脱落。
2、本发明设计的刀头配方中，适量的镍、锰、碳化钨等合金元素的加入提高了刀头耐热度，同等条件下可以使该激光片干式切割更持久。
3、本发明过渡层选择三元素FeMnCu(Fe 45-60wt.％，Mn 2-5wt.％，Cu余量)，该过渡层中不含有低熔点元素Sn等，同时考虑到基体化学成分(Fe及少量Mn)及刀头化学成分(含大量Fe、Cu及少量Mn)，过滤层成分选择时尽量选择与基体和刀头化学成分相近的元素，能够提高焊接结合程度，同时Mn元素的选择一方面考虑到基体和刀头中都含有Mn元素，更有助于异形材料的结合，另一方面，少量Mn的加入能够起到固溶强化作用，可以增加耐磨性及减少焊接气孔作用。
4、本发明通过刀头磨削工艺学的研究设计，将金刚石刀头设计成长城齿形状，每一个U型水槽可以快速冷却和排除切割碎屑，最终达到快速稳定切割的目的。
附图说明
图1为本发明激光焊接金刚石锯片结构示意图。
图2为本发明激光焊接金刚石锯片剖视图。
图中：1-基体；2-金刚石刀头；3-V型槽；4-弧形槽Ⅰ；5-安装孔；6-冷却孔；7-弧型槽Ⅱ。
具体实施方式
以下通过具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
本发明提供一种切割钢筋混凝土的激光焊接金刚石锯片，其结构如图1-2所示。该金刚石锯片包括圆形基体1与焊接在基体外边缘上的金刚石刀头2，其中：所述金刚石刀头2为多个，均匀排布于基体外圆周上，相邻金刚石刀头之间形成V型槽3，所述V型槽3向基体内延伸出弧形槽Ⅰ4；所述金刚石刀头的外端面设计为长城齿结构，长城齿结构是指金刚石刀头的外端面设计多个U型槽，每个金刚石刀头上U型槽的数量为4-6个。
所述基体中心设有安装孔5，用于将金刚石锯片安装在切割机上；所述基体上还设有冷却孔6及弧形槽Ⅱ7，弧形槽Ⅱ7设置于安装孔与弧形槽Ⅰ之间，所述弧形槽Ⅱ的数量与弧形槽Ⅰ的数量相等；所述弧形槽Ⅱ的一端位于相邻两个弧形槽Ⅰ之间，弧形槽Ⅱ的另一端向安装孔方向延伸，且弧形槽Ⅱ的另一端呈钩状；相邻两个弧形槽Ⅱ之间设有2-5个冷却孔。
实施例1：
本实施例为切割钢筋混凝土的激光焊接金刚石锯片的制备方法，具体过程如下：
(1)基体加工：
钢板进行激光切割为基体形状后热处理：先860℃油淬10-15分钟，然后在480℃回火2-5小时；整平和打磨后备用。
(2)金刚石刀头制备：
将铜粉2.7kg、铁3.9kg、镍0.55kg、锰1.15kg、锡0.4kg和碳化钨1.3kg放入混料桶中混30分钟后，添加液体石蜡0.08kg、金刚石0.2kg，继续混料3小时。将混合后的粉料灌入模具中冷压成型；
过渡层原料为Fe 50wt.％、Mn 4wt.％、Cu余量，过渡层原料均匀混合后冷压成型；
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；所述热压烧结温度为820℃，压力320kg/cm2，保温时间200秒。
(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激光器进行双面激光焊，激光光斑直径0.4mm，激光功率720W，焊接速度12mm/s；保护气体为氩气，保护气流量0.5L/min，离焦量1.5mm，激光束偏向基体一侧，偏移量为0.25mm，激光入射角15°。焊缝宽度1.4mm，穿透深度2.5mm。
(4)将焊接后的金刚石锯片的刀头工作面用砂轮打磨，使金刚石暴露出来，再用磨光机配120目砂带打磨至基体表面光亮。最后对每个金刚石刀头进行焊接强度检测，合格后印刷包装入库。
经检测，激光焊缝的抗弯强度2150MPa，大于基体的抗弯强度，测试时基体断裂，焊缝完好。
实施例2：
本实施例为切割钢筋混凝土的激光焊接金刚石锯片的制备方法，具体过程如下：
(1)基体加工：
钢板进行激光切割为基体形状后热处理：先860℃油淬10-15分钟，然后在480℃回火2-5小时；整平和打磨后备用。
(2)金刚石刀头制备：
将铜粉2.65kg、铁4.0kg、镍0.5kg、锰1.1kg、锡0.40kg、碳化钨1.35kg放入混料桶中混30分钟后，添加液体石蜡0.06kg、金刚石0.18kg，继续混料3小时。将混合后的粉料灌入模具中冷压成型；
过渡层原料为Fe 50wt.％、Mn 4wt.％、Cu余量，过渡层原料均匀混合后冷压成型；
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；所述热压烧结温度为820℃，压力320kg/cm2，保温时间200秒。
(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激光器进行双面激光焊，激光光斑直径0.4mm，激光功率720W，焊接速度12mm/s；保护气体为氩气，保护气流量0.5L/min，离焦量1.5mm，激光束偏向基体一侧，偏移量为0.25mm，激光入射角15°。焊缝宽度1.4mm，穿透深度2.5mm。
(4)将焊接后的金刚石锯片的刀头工作面用砂轮打磨，使金刚石暴露出来，再用磨光机配120目砂带打磨至基体表面光亮。最后对每个金刚石刀头进行焊接强度检测，合格后印刷包装入库。
经检测，激光焊缝的抗弯强度2125MPa，大于基体的抗弯强度，测试时基体断裂，焊缝完好。
实施例2：
本实施例为切割钢筋混凝土的激光焊接金刚石锯片的制备方法，具体过程如下：
(1)基体加工：
钢板进行激光切割为基体形状后热处理：先860℃油淬10-15分钟，然后在480℃回火2-5小时；整平和打磨后备用。
(2)金刚石刀头制备：
将铜粉2.5kg、铁4.0kg、镍0.4kg、锰0.9kg、锡0.5kg、碳化钨1.5kg放入混料桶中混30分钟后，添加液体石蜡0.05kg、金刚石0.15kg，继续混料3小时。将混合后的粉料灌入模具中冷压成型；
过渡层原料为Fe 50wt.％、Mn 4wt.％、Cu余量，过渡层原料均匀混合后冷压成型；
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；所述热压烧结温度为820℃，压力320kg/cm2，保温时间200秒。
(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激光器进行双面激光焊，激光光斑直径0.4mm，激光功率720W，焊接速度12mm/s；保护气体为氩气，保护气流量0.5L/min，离焦量1.5mm，激光束偏向基体一侧，偏移量为0.25mm，激光入射角15°。焊缝宽度1.4mm，穿透深度2.5mm。
(4)将焊接后的金刚石锯片的刀头工作面用砂轮打磨，使金刚石暴露出来，再用磨光机配120目砂带打磨至基体表面光亮。最后对每个金刚石刀头进行焊接强度检测，合格后印刷包装入库。
经检测，激光焊缝的抗弯强度2120MPa，大于基体的抗弯强度，测试时基体断裂，焊缝完好。

Claims (10)

1.一种高抗弯强度激光焊接金刚石锯片的制备方法，其特征在于：所述金刚石锯片包括圆形基体与焊接在基体外边缘上的金刚石刀头，其中：所述金刚石刀头为多个，均匀排布于基体外圆周上；该金刚石锯片的制备方法包括如下步骤：
(1)基体加工：
钢板进行激光切割为基体形状，然后热处理，热处理后进行常规的整平和打磨后备用；
(2)金刚石刀头制备：
将金刚石刀头原料按比例混合均匀后，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；所述热压烧结温度为800～840℃，压力300～380kg/cm2，保温时间120-300秒；
(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激光器进行双面激光焊，激光光斑直径0.4mm，激光功率700-750W，焊接速度10-14mm/s；保护气体为氩气，保护气流量0.5L/min，离焦量1.2-1.6mm，激光束偏向基体一侧，偏移量为0.2-0.3mm，激光入射角12-15°；
(4)将焊接后的金刚石锯片的刀头工作面用砂轮打磨，使金刚石暴露出来，再用磨光机配120目砂带打磨至基体表面光亮。
2.根据权利要求1所述的高抗弯强度激光焊接金刚石锯片的制备方法，其特征在于：所述基体的材质为30CrMo，所述刀头中含有金刚石，金刚石粒度30/40、40/50或50/60，抗压强度25-40kg。
3.根据权利要求1所述的高抗弯强度激光焊接金刚石锯片的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述热处理过程为：865-880℃油淬10-15分钟，然后在450-500℃回火2-5小时。
4.根据权利要求1所述的高抗弯强度激光焊接金刚石锯片的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述金刚石刀头按重量份数计的原料组成如下：
铜14-35份，铁22-46份，锡2-7份，镍2-10份，锰4-17份，碳化钨11-19份，液体石蜡0.1-0.7份，金刚石1.0-2.2份。
5.根据权利要求1所述的高抗弯强度激光焊接金刚石锯片的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述金刚石刀头按重量份数计的原料组成如下：
铜17-29份，铁27-41份，锡4-7份，镍4-8份，锰9-15份，碳化钨13-17份，液体石蜡0.2-0.6份，金刚石1.1-1.8份。
6.根据权利要求1所述的高抗弯强度激光焊接金刚石锯片的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述金刚石刀头按重量份数计的原料组成如下：
铜25份，铁40份，锡5份，镍7份，锰9份，碳化钨17份，液体石蜡0.3份，金刚石1.2份。
7.根据权利要求1所述的高抗弯强度激光焊接金刚石锯片的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述过渡层化学组成为：Fe 45-60wt.％，Mn 2-5wt.％，Cu余量。
8.根据权利要求1所述的高抗弯强度激光焊接金刚石锯片的制备方法，其特征在于：步骤(3)激光焊接后，焊缝宽度1-1.5mm，穿透深度2-2.6mm。
9.根据权利要求1所述的高抗弯强度激光焊接金刚石锯片的制备方法，其特征在于：该激光焊接金刚石锯片的相邻金刚石刀头之间形成V型槽，所述V型槽向基体内延伸出弧形槽Ⅰ；所述金刚石刀头的外端面设计为长城齿结构；所述金刚石刀头的长城齿结构是指金刚石刀头外端面设计多个U型槽，每个金刚石刀头上U型槽的数量为4-6个。
10.根据权利要求9所述的高抗弯强度激光焊接金刚石锯片的制备方法，其特征在于：该激光焊接金刚石锯片的基体中心设有安装孔，用于将金刚石锯片安装在切割机上；所述基体上还设有冷却孔及弧形槽Ⅱ，弧形槽Ⅱ设置于安装孔与弧形槽Ⅰ之间，所述弧形槽Ⅱ的数量与弧形槽Ⅰ的数量相等；所述弧形槽Ⅱ的一端位于相邻两个弧形槽Ⅰ之间，弧形槽Ⅱ的另一端向安装孔方向延伸，且弧形槽Ⅱ的另一端呈钩状；相邻两个弧形槽Ⅱ之间设有2-5个冷却孔。
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