引　　言
　　金剛石取芯鉆頭不僅在地質(zhì)勘探中有重要地位，更因?yàn)槠渚哂秀@進(jìn)速度快、石材損耗小、不破壞周邊環(huán)境等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于大理石、花崗石、鋼筋水泥墻面的鉆孔。金剛石鉆頭是在鋼的基體上連接一種由金剛石和胎體材料熱壓而成的一種復(fù)合燒結(jié)體，常稱之為刀頭。國內(nèi)的鉆頭常采用釬焊的方法連接。金剛石取芯鉆頭工作時(shí)由于轉(zhuǎn)速極快，受強(qiáng)烈的沖擊和震動(dòng)，需要高的剪切強(qiáng)度和高溫強(qiáng)度。釬焊的鉆頭刀頭經(jīng)常由于高速鉆進(jìn)發(fā)熱引起釬料熔化而脫落。所以，國外從80年代后期就發(fā)展用激光焊代替釬焊，激光焊與釬焊比較有如下優(yōu)點(diǎn)：由于基體與刀頭是冶金結(jié)合，強(qiáng)度高，刀頭不易脫落，特別是在無水的情況下；焊縫為細(xì)小均勻的柱狀晶組織，不易產(chǎn)生裂紋，保證鉆頭在高速鉆進(jìn)時(shí)不致于開裂而產(chǎn)生危險(xiǎn)；焊縫和熱影響區(qū)極窄，對(duì)金剛石沒有影響，保證了產(chǎn)品的最佳性能；易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，效率高，質(zhì)量穩(wěn)定可靠，并且產(chǎn)品的平均成本低。

　　金剛石取芯鉆頭的結(jié)構(gòu)。目前國外市場需要的激光焊鉆頭幾乎與激光焊鋸片相當(dāng)，市場潛力很大，利潤也相對(duì)較高。由于金剛石取芯鉆頭的刀頭是粉末冶金材料，不可避免地存在孔隙，焊接難度大；基體與刀頭是異種材料的焊接，刀頭比基體厚，難于雙面焊接，所以比起金剛石圓鋸片來焊接難度更大，目前國內(nèi)還未發(fā)現(xiàn)這方面的報(bào)道。我們經(jīng)過幾百次的試驗(yàn)和探索，取得了較好的效果，成功地解決了關(guān)鍵技術(shù)，現(xiàn)已應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中，產(chǎn)品全部出口，用戶反映良好。

1　試驗(yàn)裝置及方法

　　試驗(yàn)是在美國進(jìn)口的快速縱流激光器上進(jìn)行，該機(jī)是美國80年代先進(jìn)產(chǎn)品，型號(hào)為EFA-51，輸出模式為TEM00和TEM01，最大輸出功率為1500W。選用f=100mm的GaAs聚焦透鏡，通同軸保護(hù)氣體Ar氣以保護(hù)焊縫及透鏡。鉆頭基體和刀頭被裝夾在專用的夾具上。回轉(zhuǎn)工作臺(tái)能帶動(dòng)夾具及鉆頭作圓周運(yùn)動(dòng)，并且能在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)角度。激光束稍偏于基體一側(cè)，并采用一定的負(fù)離焦。為使刀頭基體吻合良好，刀頭焊前須磨弧、去毛刺，以免漏光損失能量；為減少焊接缺陷，焊前必須去除焊接部位及其附近的油污、氧化皮和水分。

基體材料為普通的45#鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，厚2mm；由于金剛石在高溫下易石墨化，激光焊接時(shí)會(huì)在焊縫中出現(xiàn)空洞，所以，刀頭需設(shè)計(jì)1.5mm～2mm的過渡層，我們通過大量的試驗(yàn)，選取一種特殊的Co混合物作為過渡層，刀頭厚3mm。

　　 鉆頭焊后，目測和用10倍放大鏡觀測焊縫外觀，檢驗(yàn)焊縫有無氣孔、咬邊、裂紋等宏觀缺陷，然后采用DSA標(biāo)準(zhǔn)用專用的彎曲強(qiáng)度檢測儀檢驗(yàn)每個(gè)刀頭的彎曲強(qiáng)度。

2　試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1　材質(zhì)分析

　　 基體材料在激光焊條件下有較好的焊接性。刀頭則不一樣，由于是粉末冶金材料，焊接時(shí)極易出現(xiàn)氣孔甚至空洞，當(dāng)焊接參數(shù)不當(dāng)時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生裂紋，極大地影響了焊接強(qiáng)度。刀頭的性能對(duì)焊接性能的影響非常大，機(jī)械性能好且致密的刀頭在激光焊條件下，只要焊接參數(shù)選擇得當(dāng)，就能得到符合使用性能的焊縫，其抗彎強(qiáng)度可達(dá)到或超過1800N/mm2，斷在刀頭。在材料一定時(shí)要使刀頭性能優(yōu)良，首先必須提高刀頭壓制密度，可采用選擇顆粒細(xì)、形狀均勻之粉末壓制，另外，在不影響金剛石性能的前提下，盡量提高燒結(jié)溫度和壓制壓力，并選擇合適的保溫時(shí)間對(duì)提高刀頭的機(jī)械性能很有必要。
刀頭內(nèi)不可避免的存在孔隙，刀頭的密度是不能達(dá)到理論值的，但是合適的壓力、溫度以及保溫時(shí)間、粉末混合時(shí)間及速度都是刀頭致密和均勻的重要保證，從而保證有良好的焊接性能。試驗(yàn)表明：當(dāng)單位壓力在20MPa左右、溫度在800℃左右、保溫時(shí)間為4min時(shí)，即可得到能滿足激光焊需要、又不損壞模具及金剛石性能的刀頭。刀頭的密度對(duì)焊縫強(qiáng)度的影響最大，低密度的刀頭焊接出來的焊縫強(qiáng)度是很低的，幾乎不可能達(dá)到所需強(qiáng)度。