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新闻动态
激光焊接技术在大直径金刚石锯片上的应用
2013-12-06 11:18:30
天然花岗石坚固耐用，美观大方，资源丰富，已广泛用于各类建筑，成为土建工程内外装修中最基础的装饰材料之一。21世纪初，我国石材产量、国内石材消耗量、荒料和花岗石成品出口皆跃居世界第一，并连续8年成为国内建材行业单项出口量第一的产品。然而我国石材工业的发展一直受相关设备、金刚石工具制造业的制约，尤其是用于大幅面花岗石荒料切割的片。随着片直径增大，切削速度提高，常规焊接工艺无论是在焊缝质量还是在生产效率上，皆存在许多不足。本研究揭示了激光焊接技术在大直径片焊接的实际应用，为企业进一步提高工具性价比提供了依据。
二、大幅面花岗石切割工艺和工具及发展趋势
花岗石大幅面板材的生产工艺主要采用框架条（包括砂）、金刚石圆片和金刚石绳三种方式。目前国内加工高品质花岗岩大型荒料的质量与效率都存在较为突出的问题。
框架条包括金刚石条和砂两个系列，传统的砂由于加工效率低，在硬质花岗石大板切割应用受到限制，国内外正投入大量的资金开发大型金刚石框架，以期望代替框架砂，但目前尚无较为理想的效果；国内金刚石绳应用面还很窄，仅用于大理石矿山开采、荒料整形分割、异形石材加工等，至于花岗石切割用的烧结金刚石串珠绳，目前均处于探索性研制、实验阶段；各类尺寸片切加工是当今花岗石切加工应用最为广泛的生产方式，由于圆形片切削运动连续，相对速度高，采用多片组合，切效率较高。然而，片直径限制了石材幅面宽度，且离心力大，对刀头（金刚石结块）与基体焊缝综合机械性能要求高，因此大直径圆片成本昂贵，性价比偏低。石材工业协会有关的统计数据表明，目前全国各类石材企业拥有并使用规格直径在Ф1600～Ф2200mm之间的金刚石圆盘设备有3.5万台左右，每年消耗的圆片基体达350万张以上。
三、大直径片焊接工艺
（一）加工硬质花岗岩对焊缝的要求
石材切的切削力主要取决于切削深度、刀头尺寸、刀头金刚石密度、金刚石粒度和磨损程度等因素，由于天然花岗岩的硬度高，均匀性存在差异，因此切过程刀头存在较大荷载及不规则变荷载，要求焊缝有较好的综合机械性能。通过对国内硬质花岗岩荒料加工调查表明，直径超过2000mm的圆盘切割机械主轴最高转速为250～300r/min，实际运行速度200r/min，平均进给速度约500mm/h。由于切削速度对正常切力的影响不大，大直径片焊缝的核心问题是提高抗冲击韧性。
（二）激光焊接工艺的提出
金刚石圆片加工石材制品时，幅面的宽度小于片的半径，其有效切割宽度一般只达到圆片直径的30%～35%，传统上是通过增加金刚石圆片直径的方法来增加切深度，从而达到加工大幅面石材制品的目的。但是，目前国内焊接生产的片直径均不大于600mm，大直径片激光焊接技术及设备有待进一步开发。
传统钎焊工艺焊接的大直径片用于硬质花岗石切时，由于刀头相对线速度达到20m/s左右，冷却条件差，局部温升严重，因此受到焊缝强度的限制，切过程需要改善冷却条件和降低切速度及进给速度；另外，高频纤焊片使用寿命短，换刀与调试消耗大量的时间，造成加工效率低。
激光焊接片较高频纤焊具有明显的优越性，在该领域有广阔的发展前景。为了能在硬质石材的切割中达到与大理石切割同样的切深度和效率，德、英、意等欧洲石材加工强国联合组织了在超大切割深度条件下切割花岗石的可行性研究，焊缝的强度是关键问题之一。我国面临石材工业的大发展，高品质大直径金刚石圆片拥有巨大的市场潜力，加速激光焊接技术在该领域的应用是当前急需解决的问题。