CN103255411A - 一种利用光纤激光再制造芯棒的方法 - Google Patents

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李永波
赵爽
于恩洪
邱晓杰
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Shenyang Siasun Robot and Automation Co Ltd
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Abstract

本发明针对冶金行业无缝钢管制造的工艺，具体的说是一种利用光纤激光再制造芯棒的方法。具体为将处理后的芯棒基体于350-400℃预热保持1-2小时，而后再以350-400℃恒温下，利用3000-6000W光纤激光以10-20mm/s速度扫描修复芯棒，激光熔覆1-3mm厚高温合金625粉与钴包碳化钨的混合层，熔覆后降温处理、复形，即得到修复后芯棒。本发明利用激光修复的芯棒的熔铸层及其界面组织致密，晶粒细小，没有孔洞、夹渣、裂纹等缺陷，WC颗粒均匀存在于激光熔覆层。熔覆层具有良好的室温持久强度和较好的抗热疲劳及断裂性能，能够满足芯棒的工况条件。

Description

一种利用光纤激光再制造芯棒的方法
技术领域
本发明针对冶金行业无缝钢管制造的工艺，具体的说是一种利用光纤激光器激光再制造芯棒的方法。
背景技术
芯棒是制造无缝钢管的关键部件，也是制造无缝钢管的最重要耗材。芯棒的使用寿命直接影响着无缝钢管的成本。因此，长寿命的芯棒市场需求很广。芯棒的传统材料为H13，属耐热模具钢类，其原值约4万元/吨，成本过高，若利用一种新的工艺方法或材料，将芯棒制造成本降低一倍或使用寿命提高一倍，将具有巨大的市场价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用光纤激光器激光再制造芯棒的方法。为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种利用光纤激光再制造芯棒的方法，将将机械清理去除表面多余尺寸的芯棒基体于350-400℃预热保持1-2小时，而后再以350-400℃恒温下，利用3000-6000W光纤激光以10-20mm/s速度扫描修复芯棒，激光熔覆1-3mm厚高温合金625粉与钴包碳化钨的混合层，熔覆后降温处理、复形，即得到修复后芯棒。
所述高温合金625粉与钴包碳化钨按质量百分比为1∶1比例混合。所述熔覆后降温处理为熔覆后芯棒在200-300℃保持1-2小时，再次降温在100-200℃保持1-2小时，100℃出炉空冷。所述利用光纤激光修复芯棒过程是在氩气保护环境下进行熔覆。所述芯棒基体为35CrMo合金结构钢，表面为激光再制造功能层。
本发明所具有的优点：
1.本发明利用光纤激光器激光再制造芯棒，其激光再制造设备为6000W光纤激光器，激光熔覆头具有氩气保护功能，氩气流量从100L/h-400L/h可调整，激光熔覆过程中全程进行氩气保护，其熔覆材料为一种疲劳性能远优于H13的高温合金与钴包WC粉按质量百分为1∶1的混合粉，保证了熔覆层质量的稳定、WC颗粒的高耐磨性稳定以及修复后表面功能层保留了该高温合金的优异疲劳性能，使得修复后芯棒的表面显微硬度达到HV1000-1300。
2.本发明利用激光再制造的芯棒的熔覆层及其界面组织致密，晶粒细小，没有孔洞、夹渣、裂纹等缺陷，WC颗粒均匀存在于激光熔覆层。熔覆层具有良好的室温持久强度和较好的抗热疲劳及断裂性能，能够满足芯棒的工况条件。
附图说明
图1为本发明实施例提供的高温合金625粉的疲劳性能图。
图2为本发明实施例提供的利用激光修复芯棒的保温状态示意图。
图3为本发明实施例提供的芯棒激光激光再制造保温状态示意侧视图，图中：1-芯棒，2-加热及控温装置，21-加热装置，22-电阻丝，23-热电偶，24-控温装置，3-激光器光头，4-夹盘，5-垫块，6-工作台。
图4A为发明实施例提供的激光熔覆层放大50倍的金相组织图，从图中可以清晰的看到基材与激光熔覆层的分界处，及WC颗粒均匀分布在熔覆层中，无裂纹。
图4B为发明实施例提供的激光熔覆层放大500倍的金相组织图，从图中可以清晰的看到WC颗粒以球状存在，尺寸均匀性良好，基本未发现WC颗粒的分解，与熔覆层基体界线清晰，无裂纹。
具体实施方式
利用激光再制造技术制造芯棒的工艺方法：
①对芯棒制造部位的机械清理；
②激光再制造前对芯棒进行预热，预热到温度350-400℃，保持1-2小时；
③激光再制造过程中对芯棒保持350-400℃恒温；激光再制造功率3000-6000W，扫描速度10-20mm/s，激光再制造厚度1-3mm，保护氩气流量为100L/h-400L/h；
④激光再制造后对芯棒进行阶段降温处理：在200-300℃保持1-2小时，在100-200℃保持1-2小时，100℃出炉空冷；
⑤机加复形。
上述再制造过程中所采用的加热装置参见图2和图3，图中：1-芯棒，2-加热及控温装置，21-加热装置，22-电阻丝，23-热电偶，24-控温装置，3-激光器光头，4-夹盘，5-垫块，6-工作台。该加热装置是根据芯棒长度尺寸制造的通用电加热设备，其是为实现控温功能。
实施例1
利用光纤激光修复芯棒的方法：
①对原料为35CrMo合金结构钢的芯棒制造部位根据芯棒图纸尺寸要求，采用车床进行机械清理，使待激光再制造的芯棒直径尺寸比成品尺寸小2mm。
②激光再制造前对芯棒进行预热：将清理后芯棒于350℃预热保持1小时，待用；
③激光再制造过程：将上述预热后芯棒保持350℃恒温下，利用4000W光纤激激光以10/s速度在氩气环境下扫描修复芯棒，氩气流量为300L/h，激光熔覆2mm厚/层高温合金625粉与钴包碳化钨的混合层，所述高温合金625粉与钴包碳化钨(市购产品)按质量份数比为1∶1混合。
④激光再制造后对芯棒进行阶段降温处理：将熔覆后芯棒在200℃保持2小时，而后再在150℃保持1小时后于100℃出炉空冷；
⑤采用现有技术进行机加复形，即得到修复后芯棒。
⑥最后对芯棒进行无损探伤检测及硬度检测，表面无损探伤无裂纹缺陷，光洁度满足芯棒图纸要求，采用便携式硬度计检测硬度为HV1000-1300。
所述625粉主要化学成份以及性能如表1及表2：
表1
Figure BDA0000135815810000031
表2
  性能   密度   室温抗拉强度   室温屈服强度   室温延伸率   硬度HB
  数值   8.44g/cm3   880MPa   456MPa   46％   185-240
实施例2
利用光纤激光修复芯棒的方法：
①对原料为35CrMo合金结构钢的芯棒制造部位根据芯棒图纸尺寸要求，采用车床进行机械清理，使待激光再制造的芯棒直径尺寸比成品尺寸小2mm。
②激光再制造前对芯棒进行预热：将清洗后芯棒于350℃预热保持2小时，待用；
③激光再制造过程：将上述预热后芯棒保持400℃恒温下，利用5000W光纤激激光以15mm/s速度在氩气环境下扫描修复芯棒，氩气流量为300L/h，激光熔覆2mm厚/层高温合金625粉与钴包碳化钨的混合层，所述高温合金625粉与钴包碳化钨(市购产品)按质量份数比为1∶1混合。
④激光再制造后对芯棒进行阶段降温处理：将熔覆后芯棒在300℃保持2小时，而后再在200℃保持1小时后于100℃出炉空冷；
⑤采用现有技术进行机加复形，即得到修复后芯棒。
⑥最后对芯棒进行无损探伤检测及硬度检测，表面无损探伤无裂纹缺陷，光洁度满足芯棒图纸要求，采用便携式硬度计检测硬度为HV1000-1300。
实施例3
利用光纤激光修复芯棒的方法：
①对原料为35CrMo合金结构钢的芯棒制造部位根据芯棒图纸尺寸要求，采用车床进行机械清理，使待激光再制造的芯棒直径尺寸比成品尺寸小3mm。；
②激光再制造前对芯棒进行预热：将清洗后芯棒于400℃预热保持2小时，待用；
③激光再制造过程：将上述预热后芯棒保持400℃恒温下，利用6000W光纤激激光以20mm/s速度在氩气环境下扫描修复芯棒，氩气流量为350L/h，激光熔覆3mm厚/层高温合金625粉与钴包碳化钨的混合层，所述高温合金625粉与钴包碳化钨(市购产品)按质量份数比为1∶1混合。
④激光再制造后对芯棒进行阶段降温处理：将熔覆后芯棒在300℃保持1小时，而后再在200℃保持1小时后于100℃出炉空冷；
⑤采用现有技术进行机加复形，即得到修复后芯棒。
⑥最后对芯棒进行无损探伤检测及硬度检测，表面无损探伤无裂纹缺陷，光洁度满足芯棒图纸要求，采用便携式硬度计检测硬度为HV1000-1300。

Claims (5)

1.一种利用光纤激光再制造芯棒的方法，其特征在于：将处理后的芯棒基体于350-400℃预热保持1-2小时，而后再以350-400℃恒温下，利用3000-6000W光纤激光以10-20mm/s速度扫描修复芯棒，激光熔覆1-3mm厚高温合金625粉与钴包碳化钨的混合层，熔覆后降温处理、复形，即得到修复后芯棒。
2.按权利要求1所述利用光纤激光再制造芯棒的方法，其特征在于：所述高温合金625粉与钴包碳化钨按质量百分比为1∶1比例混合。
3.按权利要求1所述利用光纤激光再制造芯棒的方法，其特征在于：所述熔覆后降温处理为熔覆后芯棒在200-300℃保持1-2小时，再次降温在100-200℃保持1-2小时，100℃出炉空冷。
4.按权利要求1所述利用光纤激光再制造芯棒的方法，其特征在于：所述利用光纤激光修复芯棒过程是在氩气保护环境下进行熔覆。
5.按权利要求1所述利用光纤激光再制造芯棒的方法，其特征在于：所述芯棒基体为35CrMo合金结构钢，表面为激光再制造功能层。
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