摘要：对国内外PCD工具研制现状进行了综合评述，认为加热方式、钎料钎剂的选择与合理使用以及焊接接头的结构设计是影响PCD工具焊接质量的主要因素，而加热方式对于PCD工具制作具有革命性意义。介绍了各种焊接方法的优缺点以及钎料、钎剂的开发进展。
关键词：聚晶金刚石复合片，工具制作，焊接，加热方式，钎料
1.引言
聚晶金刚石复合片由PCD（Polycrystalline Diamond）层和硬质合金基底组成。PCD层具有高硬度，硬质合金基底则具有良好的韧性，二者结合使PCD复合片在切削加工、木材加工和钻探等行业获得了广泛应用。PCD工具的制作方法有多种，大体依据加热方式、焊料的使用与否来划分。制作过程中，加热方式起着决定性的作用，焊料的选择对焊接质量会产生重大的影响，焊接接头的结构设计也是提高质量的重要手段。因此在PCD工具制造过程中，焊接成为其关键技术。
PCD复合片的焊接实质上是硬质合金基底与刀杆等支撑体的焊接。对硬质合金的焊接多用Mn基钎料，钎焊温度为1000℃左右。然而PCD层的耐热温度一般不超过700℃，否则会造成PCD层的热损伤，降低刀具焊接后的使用性能。因此必须寻找一种既能降低钎焊温度，又能同时保证足够焊接强度的焊接方法。目前PCD复合片的焊接方法有激光焊接、真空扩散焊、真空钎焊、高频感应钎焊、水冷钎焊、惰性气体保护钎焊等。虽然焊接强度足够，但有些方法所用设备的成本高、维护费用大，且其工艺过程复杂，不便于生产操作，大大增加了PCD复合片刀具的制作成本，不利于PCD刀具的推广应用。本文就各种PCD复合片焊接方法的优缺点进行了比较分析。
2.PCD的焊接方法
2.1 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。激光焊接具有高能量密度、可聚焦、深穿透、高效率、适应性强等优点。激光焊接过程属于传导焊接，即激光辐照工件表面，产生的热量通过热传导向内部传递。通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数，使工件达到一定的熔池深度而表面又无明显的汽化，即可进行焊接。由于功率密度大（可达10的9次方瓦/平方厘米），因此激光焊接过程中在金属材料上生成小孔，激光能量通过小孔往工件的深部传输，减少横向扩散，材料的融合深度大，焊接速度快，单位时间焊合的面积大。此外，激光焊接形成的焊缝深而窄，深宽比大（可达2～10），焊合单位面积所需能量小，热影响区小，焊接变形小。一般不加填充金属，依赖焊件自身融合。激光焊接系统有高度的柔性，易于实现自动化。但用激光焊接时，要求被焊件有较高的装配精度，原始装配精度不能因焊接过程热变形而改变，且光斑应严格沿待焊缝扫描而不能有显著的偏移，否则将造成严重的焊接缺陷。此外，由于激光器及其焊接系统的一次投资较大，焊接成本高，对母材的要求较高，参数多，对操作技能的要求高等等，都制约了激光焊接的广泛应用。使用激光进行PCD复合片的焊接，获得的焊接接头强度可高达1800MPa,且对金刚石层不会产生热损伤，是一种理想的PCD焊接方法，目前多用于金刚石圆锯片的焊接。
2.2 真空扩散焊
真空扩散焊（Vacuum Diffusion Bonding）是指在较高的温度和较大的压力下，使处于真空中清洁的零件表面相互靠近，在相当小的距离内原子相互扩散从而将两部分连接在一起的焊接方法。真空扩散焊一般是在被焊材料熔点温度（绝对温度）的60～80%的温度下进行的，因此对于膨胀系数差异很大的材料（如PCD复合片的硬质合金基底与45钢刀杆），此种方法显得十分有效。在进行扩散焊时，零件在真空室中的加热是在不断往外抽气的情况下进行的，因而能除掉零件表面的吸附气体和氧化膜。此外，真空扩散焊能保持工件的几何尺寸和形状精度，获得具有真空密封的、热稳定的、抗震的接头。因此，真空扩散焊在PCD地质钻头的焊接中得到了广泛应用。它的应用可保证钻头的质量，提高焊接强度，增大钻头的进尺深度。美国桑迪亚实验室在焊接表面进行镀镍处理，镀层厚25～50μm，然后在650℃下经受214.62MPa的压力达4小时，进行真空扩散焊，其剪切强度为413.36～551.2MPa。
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