專利名稱：雙金屬?gòu)?fù)合鋸條的焊接方法及其設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙金屬?gòu)?fù)合鋸條的焊接方法及其設(shè)備。
背景技術(shù)：
雙金屬?gòu)?fù)合鋸條用于金屬鋸床。雙金屬?gòu)?fù)合鋸條采用高性能的高速鋼齒部材料和優(yōu)質(zhì)的彈簧鋼帶體材料，其齒部具有良好的紅硬性，而帶體能保持很高的疲勞強(qiáng)度，可高速鋸削各類黑色金屬和有色金屬。雙金屬?gòu)?fù)合鋸條是一種既省原材料又降低能源消耗的新型鋸削刃具。雙金屬?gòu)?fù)合鋸條可以制成各種寬度、齒形和齒距的規(guī)格，適合各類臥(立)式帶鋸床使用。雙金屬?gòu)?fù)合鋸條是將高速鋼和彈簧鋼焊接成一體后，再經(jīng)過(guò)銑齒和分齒等工藝制作而成。
真空電子束焊接是所有焊接手段中焊縫深寬比最高的焊接方式。雙金屬?gòu)?fù)合鋸條的齒部采用了高速鋼，在焊接過(guò)程中必須保證不能對(duì)齒部足夠區(qū)域引起熱影響。采用真空電子束焊接正是利用了它具有最窄的焊縫，從而保證對(duì)盡可能窄的高速鋼焊接后仍然留有足夠的高性能齒部材料。正因?yàn)槿绱?，目前，雙金屬?gòu)?fù)合鋸條中的高速鋼和彈簧鋼都是通過(guò)電子束真空焊接而成一體的，真空電子束焊接的缺點(diǎn)在于其必須在真空下進(jìn)行，操作復(fù)雜設(shè)備造價(jià)高。
采用激光束焊接雙金屬?gòu)?fù)合鋸條可以克服真空電子束焊接的缺點(diǎn)，但由于傳統(tǒng)的激光焊接的焊縫深寬比比真空電子束的焊縫深寬比小，這樣對(duì)同樣厚度的雙金屬?gòu)?fù)合鋸條，激光焊接的焊縫較真空電子束焊接的焊縫寬，因此在同樣的齒部寬度要求下，激光焊接時(shí)要求更寬的高速鋼材料，由此所帶來(lái)的成本增加是不能被接受的。而且在整個(gè)厚度方向上的焊縫不均勻，激光焊接焊縫在厚度方向上存在“焊縫入口大出口小”的焊縫寬度不均勻問(wèn)題。
傳統(tǒng)的激光焊接原理是，激光通過(guò)聚焦系統(tǒng)聚焦垂直照射在需要焊接的兩塊鋼板的連接處，當(dāng)激光功率密度達(dá)到106～107W/cm2時(shí)，功率輸入遠(yuǎn)大于熱傳導(dǎo)、對(duì)流及輻射散熱的速率，材料表面發(fā)生汽化而形成匙孔，孔內(nèi)金屬蒸汽壓力與四周液體的靜力和表面張力形成動(dòng)態(tài)平衡，激光可以通過(guò)孔中直射到孔底，稱為匙孔效應(yīng)(Keyhole Effect)。匙孔的作用和黑體一樣，能將射入的激光能量完全吸收，激光停止后四周的熔化金屬迅速將小孔填滿而成焊縫。
真空電子束焊接與傳統(tǒng)的激光焊接一樣，其核心都是形成一個(gè)引孔(或稱為匙孔)將能量引入，電子束或激光束通過(guò)垂直照射在焊縫表面形成引孔將電子束或激光束能量引入厚度方向。但由于單電子能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單光子的能量，因此真空電子束的穿透能力比激光束強(qiáng)，所以真空電子束焊接的深寬比一般比激光焊接的深寬比大，真空電子束焊接的焊縫一般比激光焊接的焊縫更窄更直。這樣在雙金屬?gòu)?fù)合鋸條對(duì)焊縫要求很高的領(lǐng)域，真空電子束焊接比一般激光焊接的焊接質(zhì)量更有優(yōu)勢(shì)，但激光焊接則在操作和穩(wěn)定性上更有優(yōu)勢(shì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供了一種雙金屬?gòu)?fù)合鋸條的激光焊接方法及其設(shè)備。該焊接方法可以實(shí)現(xiàn)更窄的上下寬度一致的焊縫寬度。所用設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，便于實(shí)施。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種雙金屬?gòu)?fù)合鋸條的焊接方法，其特征在于將待焊接的雙金屬之間構(gòu)成20～80度的角，經(jīng)過(guò)聚焦的激光束沿著與雙金屬水平的方向照射在待焊接處，熔化雙金屬的整個(gè)厚度方向，在激光束照射過(guò)程中拉動(dòng)雙金屬，使得雙金屬逐步熔化，熔化的雙金屬壓合焊接復(fù)合在一起。
實(shí)現(xiàn)上述方法的設(shè)備包括激光器、聚焦系統(tǒng)、壓合裝置，其特征在于所述壓合裝置的結(jié)構(gòu)為，在支架的三個(gè)側(cè)面上分別開有槽，雙金屬分別穿過(guò)其中的兩個(gè)槽，二個(gè)擠壓輥分別位于雙金屬結(jié)合部位的兩側(cè)，在側(cè)面上開有通光孔。
本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)激光束直接照射在焊接厚度部位，不需要像傳統(tǒng)的激光深熔焊那樣形成一個(gè)“引孔”，在同樣的熔化厚度情況下，可以避免“引孔”帶來(lái)的焊縫寬度，實(shí)現(xiàn)更窄的焊縫寬度。
(2)激光束直接照射在焊接厚度部位，因此在整個(gè)厚度方向上的焊縫完全一致均勻，避免了一般激光焊接焊縫在厚度方向上的“焊縫入口大出口小”的焊縫寬度不均勻問(wèn)題。
(3)激光束直接照射在焊接厚度部位，使焊接速度更快、焊接質(zhì)量更好，更加節(jié)省高速鋼材料，成本大大降低。
(4)所用設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，便于實(shí)施。


圖1為本發(fā)明中雙金屬位置關(guān)系的示意圖。
圖2為本發(fā)明中焊接雙金屬?gòu)?fù)合鋸條所用設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
如圖1、圖2所示，焊接雙金屬?gòu)?fù)合鋸條所用設(shè)備包括激光器1、由兩個(gè)聚焦鏡2、3組成的聚焦系統(tǒng)、壓合裝置4，壓合裝置4的結(jié)構(gòu)為，在支架5的側(cè)面6上開有槽11，在側(cè)面7上開有槽12，在側(cè)面8上開有槽13，金屬15穿過(guò)槽11、12，金屬16穿過(guò)槽11、13，待焊接的雙金屬15、16之間構(gòu)成的角度α可以為20度，或50度，或80度等，擠壓輥9、10分別位于雙金屬15、16結(jié)合部位的兩側(cè)，保證結(jié)合部位的準(zhǔn)確定位，在側(cè)面7或側(cè)面8上開有通光孔14。
激光器1可采用連續(xù)的CO2或YAG高功率激光器，輸出的高功率激光束，通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)聚焦成長(zhǎng)度為1.2mm～1.5mm，寬度為0.5～1.5mm的光斑，由于鋸條的典型厚度是1.0～1.1mm，因此，長(zhǎng)度為1.2mm～1.5mm的聚焦光束可以直接熔化鋸條結(jié)合部位的整個(gè)厚度方向。所述擠壓輥9、10可以裝在支架5上，也可裝在另外設(shè)置的基座上。
將聚焦后的激光束17沿著與雙金屬15、16水平的方向通過(guò)通光孔14照射在待焊接α角處，熔化雙金屬15、16的整個(gè)厚度方向，在激光束17照射過(guò)程中，可利用夾送輥或其它裝置向外拉動(dòng)雙金屬15、16，使得雙金屬15、16逐步熔化，熔化的雙金屬15、16在擠壓輥9、10的壓合下直接融合在一起，完成焊接過(guò)程。
因雙金屬?gòu)?fù)合鋸條的齒部高速鋼16非常窄，可以任意扭曲，將兩種金屬15、16結(jié)合部位張開足夠的角度α，就可保證激光束17沿著與雙金屬15、16水平的方向直接照射到結(jié)合部位。
激光束17照射熔化焊接部位最好在保護(hù)氣體條件下進(jìn)行，可防止焊接過(guò)程中，雙金屬15、16的焊接部位在高溫下氧化。這時(shí)，需對(duì)支架5加以密封，其內(nèi)填充有保護(hù)氣體，保護(hù)氣體可為氮?dú)?、氬氣、二氧化碳等，通光?4采用透鏡或透光材料密封。
權(quán)利要求
1.一種雙金屬?gòu)?fù)合鋸條的焊接方法，其特征在于將待焊接的雙金屬(15)、(16)之間構(gòu)成20～80度的角(α)，經(jīng)過(guò)聚焦的激光束(17)沿著與雙金屬(15)、(16)平行的方向照射在待焊接處，熔化雙金屬(15)、(16)的整個(gè)厚度方向，在激光束(17)照射過(guò)程中拉動(dòng)雙金屬(15)、(16)，使得雙金屬(15)、(16)逐步熔化，熔化的雙金屬(15)、(16)壓合焊接復(fù)合在一起。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙金屬?gòu)?fù)合鋸條的焊接方法，其特征在于激光束(17)照射熔化焊接部位在保護(hù)氣體條件下進(jìn)行。
3.一種用于權(quán)利要求1所述方法的設(shè)備，包括激光器、聚焦系統(tǒng)、壓合裝置，其特征在于所述壓合裝置(4)的結(jié)構(gòu)為，在支架(5)的三個(gè)側(cè)面(6)、(7)、(8)上分別開有槽(11)、(12)、(13)，雙金屬(15)、(16)分別穿過(guò)其中的兩個(gè)槽(11)、(12)，(11)、(13)，二個(gè)擠壓輥(9)、(10)分別位于雙金屬(15)、(16)結(jié)合部位的兩側(cè)，在側(cè)面(7)或側(cè)面(8)上開有通光孔(14)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于對(duì)支架(5)加以密封，其內(nèi)填充有保護(hù)氣體，通光孔(14)采用透鏡或透光材料密封。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙金屬?gòu)?fù)合鋸條的焊接方法及其設(shè)備，該方法是將待焊接的雙金屬之間構(gòu)成20～80度的角，經(jīng)過(guò)聚焦的激光束沿著與雙金屬平行的方向照射在待焊接處，熔化雙金屬的整個(gè)厚度方向，在激光束照射過(guò)程中拉動(dòng)雙金屬，使得雙金屬逐步熔化，熔化的雙金屬壓合焊接在一起。用于所述方法的設(shè)備包括激光器、聚焦系統(tǒng)、壓合裝置，壓合裝置的結(jié)構(gòu)為，在支架的三個(gè)側(cè)面上分別開有槽，雙金屬分別穿過(guò)其中的兩個(gè)槽，二個(gè)擠壓輥分別位于雙金屬結(jié)合部位的兩側(cè)，在一個(gè)側(cè)面上開有通光孔，聚焦后的激光束通過(guò)通光孔照射在待焊接處。該焊接方法可以實(shí)現(xiàn)更窄的上下寬度一致的焊縫寬度，使焊接速度更快、焊接質(zhì)量更好，更加節(jié)省高速鋼材料，成本大大降低。
文檔編號(hào)B23K26/42GK1718352SQ200510019099
公開日2006年1月11日 申請(qǐng)日期2005年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月15日
發(fā)明者陳培鋒, 王英, 薛原, 朱明珠 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)