火焰钎焊(Flame Brazing)是采用火焰对工件进行加热从而达到焊接目的的方法。根据金刚石复合片在高温下容易受到热损伤的特性及避免对钎料及母材的过
火焰钎焊(Flame Brazing)是采用火焰对工件进行加热从而达到焊接目的的方法。根据金刚石复合片在高温下容易受到热损伤的特性及避免对钎料及母材的过分氧化,一般选用氧乙炔的中性焰或外焰加热,这样还可避免因为钎缝区金属晶粒长大而导致的接头性能不良。采用火焰钎焊时,一般是先用氧乙炔火焰加热钢体,再用火焰加热复合片使其达到钎焊温度,在这之前必须先确保钎剂开始熔化[7]。
火焰钎焊的优缺点都很明显,优点在于火焰钎焊耗费少,设备简便,容易操作;缺点则在于只有具有丰富操作经验的熟练技工才能准确把握加热的温度和时间,而且火焰的调节难以做到十分精确,想要大规模自动化生产比较困难,同时因为火焰直接接触,焊接面附近被氧化难以避免,造成较高的产品次品率。所以缺点明显的火焰钎焊工艺现在使用得不多。
(2)高频感应钎焊
高频感应钎焊(Hi-frequency Induction Brazing)是一种在钎料和工件中利用电磁感应原理的钎焊方法,通过将电磁能转化成为热能,工件能够被因热能加热到熔融状态的钎料焊接在一起[8]。但是PCD复合片的耐磨性会受到高频感应钎焊在空气中钎焊的时间影响,PCD复合片的耐磨性随钎焊时间的增长而不断变低;而且高频感应加热的温度难以控制。但同时感应钎焊的加热时间很短,可以在保证零件精度的前提下在几秒钟中内完成加热过程,此工艺的这项突出优点可以使工件的烧损和氧化降到最低,钎焊后的清理步骤能得到最大限度的减少;很短的加热时间使得工件只会发生很小的翘曲变形和整体变形;高频感应钎焊设备所需的投资较少,工艺也不复杂;由于电磁感应原理,材料从内部开始发热,加热均匀,不像通过外部热源加热的其他焊接方式那样热效率低,同时工件表面不容易氧化。以上种种特性使得高频感应钎焊在大批量生产中具有优势[9]。
(3)激光焊接
激光焊(Laser Beam welding)是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精
密焊接方法。是利用高能量密度的激光束辐射工件表面,从而产生热量,这股热量不直接作用于工件表面,而是在热传导的作用下深入工件内部一定的深度,在该深度形成熔池,这样就可以达到焊接的目的,熔池深度可以通过改变激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数从而得到控制。激光焊的功率密度极大,最高可以达到109W/cm2,这个等级的功率密度可以在金属材料上生成向工件的深部传输激光能量的小孔,同时可以保证激光能量的横向扩散很少,较深的激光能量传送使得材料能在很深的深度融合,极高的能量密度也确保了单位时间内投送进入材料内部的能量很多,所以能以很快的速度焊接完成,焊接相同面积所花费的时间相比于其他方式更少。但在使用激光焊接时,对被焊件的工艺要求也十分严格,首先要求被焊件不能因激光焊接过程中投入的能量引发的热变形而改变原始的装配精度,而且激光束应严格按照待焊缝方向扫描,不能偏移到待焊缝周边的复合片和硬质合金,如果产生了大的偏移,会对整个刀具产生很大的结构损伤。通过激光焊接而成的PCD刀具的焊接连接处强度很高,接头强度最高可以达到1800MPa[10]剪切强度可以满足十分恶劣的工作环境,对于焊接PCD复合片刀具来说,这是非常优秀的工艺。
但是现在激光焊接设备的价格还相当昂贵,大型企业才能负担得起,对操作的要求也比较高,只有美国不顾成本而大量采用激光焊,即使是老牌工业强国的欧洲国家也没有大面积推广激光焊[11]。
(4)真空扩散焊
真空扩散焊(Vacuum Diffusion Bonding)[12]是将置于真空环境中的两个工件的干净表面相互紧贴,在高温和高压的作用下,两个工件表面的原子在极小的间隙中相互扩散,在紧贴的表面形成你中有我,我中有你的状态,从而将工件紧紧连接在一起的焊接方法。真空环境中的扩散加热能够使材料在隔绝空气的环境下进行焊接,这使得空气中各种气体对焊接的影响降到最低[13]。此外,真空扩散焊接是在原子层面上进行工件的连接,所以工件的几何尺寸和形状精度都不会受到影响,同时工件连接处的质量和强度都很高。