CN103498148B - 一种用于穿孔顶头表面的激光熔覆方法 - Google Patents

一种用于穿孔顶头表面的激光熔覆方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于穿孔顶头表面的激光熔覆方法：该激光熔覆方法包括：（a）预制合金粉末（b）顶头表面预处理。（c）根据穿孔顶头自身形状以及对钢管进行机加工过程中承受力的方向不同，控制激光束的加工走向。采用同步送粉方式，将预制的合金粉末在穿孔顶头表面迅速熔化，形成一层合金熔覆层，并同时对激光熔覆区域进行同步惰性气体保护。（d）对激光熔覆后的穿孔顶头进行后期机加工。激光熔覆后的穿孔顶头具有如下优点：1、提高了穿孔顶头表面金属的致密性。2、提高了穿孔顶头的韧性，强度，耐热性和抗氧化性。3、延长了穿孔顶头的使用寿命。

Description

一种用于穿孔顶头表面的激光熔覆方法
技术领域
本发明属于激光加工制造领域，特别涉及一种用于穿孔顶头表面的激光熔覆方法。
背景技术
激光具有高亮度、高方向性、高单色性、高相干性的特点，现在正被越来越多的领域所使用，激光熔覆就是表面处理技术中的一种。概括的说，激光熔覆的原理就是利用高能激光束照射金属材料表面，基材表面被迅速融化，液态的金属形成一个小规模的熔池，同时填注新的粉末材料，在这个熔池中，原本的金属材料与被添加的粉末相互混合，形成一层新的液态金属层。待激光光束经过以后，液态金属层迅速冷却由此在金属表面形成一层固态的熔覆层。激光熔覆可及大的改变该关键部位的金属性能，如硬度、耐磨性、耐热性、抗腐蚀性等。
穿孔顶头是无缝钢管生产中的关键工具，其质量的好坏，使用寿命的长短直接影响钢管生产的产量、质量和企业的经济效益，顶头在工作时，温度在1000℃左右，不仅要承受强大的轴向压力，而且要克服与毛管内壁之间产生的强大变形摩擦力。在生产过程中易产生变形，开裂等问题，因此，要求其具有良好的耐磨性和抗高温氧化性，以满足恶劣的生产使用条件。
发明内容
本发明提供了一种用于穿孔顶头表面的激光熔覆方法，熔覆后的穿孔顶头具有较高的韧性，强度，耐热性和抗氧化性，大大提高了穿孔顶头的使用寿命。
为了达到以上目的，本发明的技术方案如下：
a.预制合金粉末；
b.顶头表面预处理；
c.根据穿孔顶头自身形状以及对钢管进行机加工过程中承受力的方向不同，控制激光束的加工走向；采用同步送粉方式，将预制的合金粉末在穿孔顶头表面迅速熔化，形成一层合金熔覆层，并同时对激光熔覆区域进行同步惰性气体保护；
d.对熔覆后的穿孔顶头进行后续处理。
作为一种优选方案，所述的粉末为镍基金属陶瓷合金粉末，按重量百分比计包含：10-11%碳化硅，0.2-0.5%碳，4-5%氟化钙，1-3%氮化硅，1.5-1.8%钒，2-4%硅，6-7%铁，17-19%钼，15-16%铬，余量为镍。
作为一种优选方案，所述的表面预处理是指去除顶头表面锈迹、油污及杂质等。
作为一种优选方案，所述由于穿孔顶头由四个部分组成：鼻部，穿孔锥，辗轧锥,反向锥，考虑到其本身四个面不在同一平面，穿孔顶头工作时。受到的轴向压力和摩擦力，激光束采用螺旋运行方式的加工走向。激光束的位置，参数，以及运动轨迹根据每个熔覆面的不同做出相应调整，激光束与四个被加工面的夹角为80-85°
作为一种优选方案，所述的激光发生器参数选用范围，激光功率为2000-4000W，激光扫描宽度为2-6mm，激光扫描速度为5-12mm／s，送粉量为10-20g／min.激光搭接率为30-60%.
作为一种优选方案，所述的熔覆层厚度为0.5-3mm。
作为一种优选方案，所述的惰性气体为氮气或者氩气。
作为一种优选方案，所述的所述的步骤d中后续处理包括对工件尺寸或者表面精度未符合设计要求的部位进行后期机加工
采用上述技术方案后，本发明的有益效果是：
1、通过本发明激光熔覆后的穿孔顶头，内部组织优良，无气泡，气孔，裂纹等缺陷。
2、通过本发明激光熔覆后的穿孔顶头，，韧性，强度，耐热性和抗氧化性都大大提高了
3、通过本发明，大大降低了生产成本。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明
图1为本发明的示意图。
附图中所标注的序列号含义如下：
L穿孔顶头；L1鼻部；L2穿孔锥；L3辗轧锥；L4反向锥；L5待加工表面。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行详细说明
实施例1
一种用于穿孔顶头表面的激光熔覆方法，包括以下步骤：
a、预制合金粉末，所述的粉末为镍基金属陶瓷合金粉末，优选配比为：包含10%碳化硅，0.2%碳，4%氟化钙，1%氮化硅，1.5%钒，2%硅，6%铁，17%钼，15%铬，余量为镍；
b、顶头表面预处理，去除顶头表面锈迹、油污及杂质等，获得清洁表面；
c、将穿孔顶头夹在三爪卡盘上并保持匀速缓慢转动，首先对三个面激光熔覆，如图：即L5,确保激光束到三个面的距离一致，激光束与三个熔覆面的夹角为80°.激光器的功率为2000W，激光扫描宽度为2mm；运动方向为同步轴向移动，激光运行方式采用螺旋式的加工走向，扫描速度为5mm∕s。液态金属层在空气中迅速冷却，形成一层合金熔覆层，熔覆层厚度为0.5mm，送粉量为10g／min.激光搭接率为30%.同时在熔覆过程中选用氮气对熔覆区域进行保护；
激光束在反向锥表面的加工走向也为单道次螺旋式进给运动，如图:即L4.三爪卡盘保持匀速缓慢转动，激光束与碾轧锥的表面夹角为80°。激光器的功率为2000W，激光扫描宽度为2mm。运动方向为同步轴向移动，扫描速度为5mm∕s。熔覆层厚度为0.5mm，送粉量为10g／min.激光搭接率为30%.同时在熔覆过程中选用氮气对熔覆区域进行保护；
d、将熔覆后的穿孔顶头表面进行后期处理，包括打磨，抛光。然后进行金相分析，穿孔顶头的内部组织优良，无气泡，气孔，裂纹等缺陷。激光熔覆后的穿孔顶头表面，韧性，强度，耐热性和抗氧化性都大大提高了
实施例2
a、一种用于穿孔顶头表面的激光熔覆方法，包括以下步骤：
预制合金粉末，所述的粉末为镍基金属陶瓷合金粉末，优选配比为：包含11%碳化硅，0.5%碳，5%氟化钙，3%氮化硅，1.8%钒，4%硅，7%铁，19%钼，16%铬，余量为镍；
b、顶头表面预处理，去除顶头表面锈迹、油污及杂质等，获得清洁表面；
c、将穿孔顶头夹在三爪卡盘上并保持匀速缓慢转动，首先对三个面激光熔覆，如图：即L5,确保激光束到三个面的距离一致，激光束与三个熔覆面的夹角为85°.激光器的功率为4000W，激光扫描宽度为6mm。运动方向为同步轴向移动，激光运行方式采用螺旋式的加工走向，扫描速度为12mm∕s。液态金属层在空气中迅速冷却，形成一层合金熔覆层，送粉量为20g／min.熔覆层厚度为3mm，激光搭接率为60%.同时在熔覆过程中选用氮气对熔覆区域进行保护；
激光束在反向锥表面的加工走向也为单道次螺旋式进给运动，如图：即L4，三爪卡盘保持匀速缓慢转动，激光束与碾轧锥的表面夹角为85°。激光器的功率为4000W，激光扫描宽度为6mm。运动方向为同步轴向移动，扫描速度为12mm∕s。送粉量为20g／min.熔覆层厚度为3mm，激光搭接率为60%.同时在熔覆过程中选用氮气对熔覆区域进行保护
d．将熔覆后的穿孔顶头表面进行后期处理，包括打磨，抛光。然后进行金相分析，穿孔顶头的内部组织优良，无气泡，气孔，裂纹等缺陷。激光熔覆后的穿孔顶头表面，韧性，强度，耐热性和抗氧化性都大大提高了。
以上所述的实施例仅为本发明的优选方案，并不用于限制本发明，对于所属领域的技术人员来说，本发明在上述所说的基础上，可以有各种更改和变化。在此无法对所有实施方式进行一一列举。凡在本发明原则之内，或者由本发明的精神所引申出的显而易见的变动均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于穿孔顶头表面的激光熔覆方法，所述的方法如下：
a．预制合金粉末；
b．顶头表面预处理；
c．根据穿孔顶头自身形状以及对钢管进行机加工过程中承受力的方向不同，控制激光束的加工走向；
采用同轴送粉方式，将预制的合金粉末在穿孔顶头表面迅速熔凝，形成一层合金熔覆层，并同时对激光熔覆区域进行同步惰性气体保护；
d．对熔覆后的穿孔顶头进行后期机加工处理；
其中，步骤a中所述的粉末为镍基金属陶瓷合金粉末，按重量百分比计包含：10-11%碳化硅，0.2-0.5%碳，4-5%氟化钙，1-3%氮化硅，1.5-1.8%钒，2-4%硅，6-7%铁，17-19%钼，15-16%铬，余量为镍。
2.如权利要求1所述的一种用于穿孔顶头表面的激光熔覆方法，其特征b在于：去除顶头表面锈迹、油污及杂质。
3.如权利要求1所述的一种用于穿孔顶头表面的激光熔覆方法，其特征在于：所述的步骤c中由于穿孔顶头由四个部分组成，鼻部、穿孔锥、辗轧锥、反向锥，考虑到其本身四个面不在同一平面，穿孔顶头工作时；受到的轴向压力和摩擦力，激光束采用螺旋运行方式的加工走向；激光束的位置，参数，以及运动轨迹根据每个熔覆面的不同做出相应调整，激光束与四个被加工面的夹角为80-85°。
4.如权利要求1所述的一种用于穿孔顶头表面的激光熔覆方法，其特征在于：产生所述激光束的激光发生器参数选用范围，激光功率为2000-4000W，激光扫描宽度为2-6mm，激光扫描速度为5-12mm／s，送粉量为10-20g／min.激光搭接率为30-60%。
5.如权利要求1所述的一种用于穿孔顶头表面的激光熔覆方法，其特征在于：所述的熔覆层厚度为0.5-3mm。
6.如权利要求1所述的一种用于穿孔顶头表面的激光熔覆方法，其特征在于：所述的惰性气体为氮气或者氩气。
7.如权利要求1所述的一种用于穿孔顶头表面的激光熔覆方法，其特征在于：所述的步骤d中后期机加工处理包括对工件尺寸或者表面精度未符合设计要求的部位进行后期机加工。
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