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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。
使用真空扩散焊进行pcd复合片焊接时，其焊接工艺过程复杂，焊接时间较长，成本高，需用专用设 备，一次性投资很大。目前，真空扩散焊一般只用于焊接强度要求高、使用时振动较大的地质钻头的焊接，还未用于大批量制造通用刀具的生产中。 2.3 真空钎焊 真空钎焊（vacuum brazing）是指在真空状态下进行零件的钎焊焊接。由于这种方法是在无氧化气体的气氛中进行的，所以能获得强度、韧性和均匀性都比较高的优良接头，是 一种新兴的焊接方法。进行真空钎焊必须采用专用设备，焊接过程中，在控制真空度的同时还要控制焊接温度，因此工艺复杂，操作难度较大。目前，利用真空钎焊 的方法进行pcd油田钻头的焊接，其钎缝的剪切强度可达451.9mpa。 2.4 高频感应钎焊 高频感应加热技术是二十世纪初发展起来的一项加热技术。由于它具有加热速度快、材料内部发热和热效率高、加热均匀且有选择性、产品质量好、几乎无环境污 染、易于实现生产自动化等一系列优点而得到迅速推广。目前，这种加热技术在机床制造、汽车、拖拉机制造、轴承制造、量具刃具制造及一般机械零件制造中都得 到了广泛应用，并且其应用范围日益扩大，高频感应钎焊就是其中一个主要应用方向。 高频感应钎焊（hi-frequency induction brazing）就是利用电磁感应原理使电磁能在钎料和零件中转化成热能，将钎料加热到熔融状态，从而将零件焊接在一起的焊接方法。采用这种方法，钎焊加 热速度快，功率密度可达10～100kw/cm2，通常可在几秒钟内完成加热过程，并能保证零件的尺寸精度，其剪切强度可达300～400mpa。 与激光焊接、真空扩散焊、真空钎焊等焊接方法比较，高频感应钎焊的最大优势在于其设备投资少、焊接工艺易于掌握，其缺点在于高频感应加热的温度难于控制。 目前，高频感应钎焊pcd复合片的应用比较广泛，但其工艺还有待于进一步提高。 3.焊接接头结构的设计 金刚石圆锯片特殊的接头结构设计增强了锯片的使用性能，减少了掉头率。英国de beers公司推出镶有pcd的麻花钻新产品，其新颖的接头结构设计，减少了pcd材料的浪费，节约了开支，可以实现钻头几何参数的变化。 4.焊接钎料、钎剂的研究 除了对焊接方法和工艺的研究外，研究人员还针对pcd复合片的特点，开发了专用的钎料和钎剂，用以改善钎料对焊接金属的润湿能力。如de beers实验室开发的一种含钢53%、金14.5%、锰29%、镍3.5%的新焊料，改善了焊接质量；含氯化钴的钎剂能使银基或铜基钎料很好的润湿 pcd复合片和硬质合金表面，并能防止它们脱钴，从而提高焊接强度，降低钻头的脱片率；特殊的焊前处理方法能在pcd或硬质合金表面烧渗一层ni-co- pd合金层，填充其表面裂纹等缺陷，防止硬质合金脱钴，具有良好一致的润湿性，钎缝剪切强度可达320mpa。
使用真空扩散焊进行pcd 复合片焊接时，其焊接工艺过程复杂，焊接时间较长，成本高，需用专用设备，一次性投资很大。目前，真空扩散焊一般只用于焊接强度要求高、使用时振动较大的 地质钻头的焊接，还未用于大批量制造通用刀具的生产中。 2.3 真空钎焊 真空钎焊（vacuum brazing）是指在真空状态下进行零件的钎焊焊接。由于这种方法是在无氧化气体的气氛中进行的，所以能获得强度、韧性和均匀性都比较高的优良接头，是 一种新兴的焊接方法。进行真空钎焊必须采用专用设备，焊接过程中，在控制真空度的同时还要控制焊接温度，因此工艺复杂，操作难度较大。目前，利用真空钎焊 的方法进行pcd油田钻头的焊接，其钎缝的剪切强度可达451.9mpa。 2.4 高频感应钎焊 高频感应加热技术是二十世纪初发展起来的一项加热技术。由于它具有加热速度快、材料内部发热和热效率高、加热均匀且有选择性、产品质量好、几乎无环境污 染、易于实现生产自动化等一系列优点而得到迅速推广。目前，这种加热技术在机床制造、汽车、拖拉机制造、轴承制造、量具刃具制造及一般机械零件制造中都得 到了广泛应用，并且其应用范围日益扩大，高频感应钎焊就是其中一个主要应用方向。 高频感应钎焊（hi-frequency induction brazing）就是利用电磁感应原理使电磁能在钎料和零件中转化成热能，将钎料加热到熔融状态，从而将零件焊接在一起的焊接方法。采用这种方法，钎焊加 热速度快，功率密度可达10～100kw/cm2，通常可在几秒钟内完成加热过程，并能保证零件的尺寸精度，其剪切强度可达300～400mpa。 与激光焊接、真空扩散焊、真空钎焊等焊接方法比较，高频感应钎焊的最大优势在于其设备投资少、焊接工艺易于掌握，其缺点在于高频感应加热的温度难于控制。 目前，高频感应钎焊pcd复合片的应用比较广泛，但其工艺还有待于进一步提高。 3.焊接接头结构的设计 金刚石圆锯片特殊的接头结构设计增强了锯片的使用性能，减少了掉头率。英国de beers公司推出镶有pcd的麻花钻新产品，其新颖的接头结构设计，减少了pcd材料的浪费，节约了开支，可以实现钻头几何参数的变化。 4.焊接钎料、钎剂的研究 除了对焊接方法和工艺的研究外，研究人员还针对pcd复合片的特点，开发了专用的钎料和钎剂，用以改善钎料对焊接金属的润湿能力。如de beers实验室开发的一种含钢53%、金14.5%、锰29%、镍3.5%的新焊料，改善了焊接质量；含氯化钴的钎剂能使银基或铜基钎料很好的润湿 pcd复合片和硬质合金表面，并能防止它们脱钴，从而提高焊接强度，降低钻头的脱片率；特殊的焊前处理方法能在pcd或硬质合金表面烧渗一层ni-co- pd合金层，填充其表面裂纹等缺陷，防止硬质合金脱钴，具有良好一致的润湿性，钎缝剪切强度可达320mpa。
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