CN111139465A - 一种激光制造复合钢管的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光制造复合钢管的制造方法，包括如下步骤：S1、选材，所述的材料选择不受材料化学成分以及规格的限制；S2、预处理，通过电动打磨机或者喷丸除锈的方式将表面的锈蚀清理；S3、就位于加工位置后，再进行一次清洗，清洗干净表面的油污；S4、表面涂层制作；S5、涂层表面处理清理；S6、涂层检验；S7、缺陷修复。本发明首先通过在表面涂层制作步骤之前增设预处理步骤，能将的表面的油污清洗干净并且再通过电动打磨机或者喷丸除锈等方法将表面的锈蚀打磨，然后通过激光熔覆技术将涂层材料熔覆在的表面，从而获得了具备一种复合，这种复合提升了原的在某一方面的能力，如防腐蚀能力、耐磨损能力、耐高温能力等。
Description
技术领域
本发明属于激光制造复合钢管技术领域，更具体地说，尤其涉及一种激光制造复合钢管的制造方法。
背景技术
激光熔覆技术为激光表面处理技术的典型代表，可在不同金属基体上制备多种合金系涂层或陶瓷增强金属基复合层，激光熔覆处理后的金属基体具有涂层平整、组织均匀致密、层基冶金结合、性能调节幅度宽特性，可明显提高基体表面硬度、耐蚀和耐磨性能。
钢管在工业领域广泛应用，如化工、电力、钢铁、石油等行业。在工业应用中，在不同的工况下，钢管承受着磨损、腐蚀、高温等各种各样的恶劣环境。但受到钢管制造工艺和使用成本等多方面的因素影响，高性能钢管的制造和使用都受到了限制，现有的技术，在对钢管表面涂层制作，多数是在钢管的表面涂抹防锈漆或者防锈涂层，涂抹在钢管表面涂层长时间使用，很容易脱落；同时，这种方法制作的保护涂层，耐腐蚀、耐磨损以及耐热疲劳的能力都不足以满足使用要求。
为了有效的避免上述问题，我们提出了一种激光制造复合钢管的制造方法，本专利聚焦于在钢管表面制作一层功能涂层，功能涂层和原钢管基体，形成一个具有两个组分的复合钢管，该钢管的外层为功能层，可显著提升原钢管的耐磨损、防腐蚀、耐高温等各方面的性能，也能避免涂层脱落。
发明内容
本发明的目的在于提供一种激光制造复合钢管的制造方法，本方法通过激光熔覆技术将具有一定功能的涂层材料熔覆在钢管的表面，避免了在钢管表面涂层在长期使用后脱落，并提升了钢管的性能，以解决上述背景技术中提出现有技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种激光制造复合钢管的制造方法，包括如下步骤：
S1、选材，选择商用钢管作为基体材料，所述钢管的材料选择不受材料化学成分以及规格的限制；
S2、预处理，通过电动打磨机或者喷丸除锈的方式将钢管表面的锈蚀清理；
S3、就位于加工位置，将预处理后的钢管安装于激光熔覆机的旋转工装上，钢管安装后，再进行一次清洗，清洗干净钢管表面的油污等。
S4、表面涂层制作，根据钢管表面涂层的实际需求选着选择采用常规激光熔覆或者高速激光熔覆的工艺对钢管表面涂层进行制作；根据钢管的实际应用工况条件，选择合适的钢管基体材料和合适的功能涂层材料，并设置合适的激光熔覆工艺参数，同时开启激光器、激光器冷却系统和激光熔覆送粉器，检查加工路径、激光器运行状态、激光器冷却系统状态和激光熔覆送粉器运行状态，并进行相应的调整，使得激光熔覆设备后续能有效的运行；按照设定好的激光功率、熔覆线速度、送粉速度、激光头与复合管之间的距离、激光头的起始位置和激光头的行走路径等参数，进行激光熔覆。
S5、涂层表面清理，在功能涂层制作完毕后，需要对钢管表面进行适当的抛磨，去除表面的尖峰、毛刺类凸出物；
S6、涂层检验，采用目视检验或者着色探伤的方法进行检验，并且对表面涂层存在的气孔、裂纹缺陷进行标记；
S7、缺陷修复，对标记出的气孔、裂纹缺陷进行修复。修复后需要进行重复探伤、不合格位置修复，直至产品合格；产品合格的探伤标准要求是满足：NB/T47013.5-2015I级要求。
优选的，所述步骤S1中所述的钢管可以依据使用环境的不同选择不同材料的钢管，且钢管的直径、壁厚和长度不受限制，可以根据使用环境的不同，选择不同规格的钢管，所选择作为基体的钢管包括碳素钢钢管或不锈钢钢管。
优选的，步骤S4所述的功能涂层设置材料体系包括不锈钢系列材料、纯镍或者镍基合金系列材料和Co基合金系列材料。
优选的，步骤S4所述的功能涂层材料，所述涂层的厚度≥0.2mm。
优选的，步骤S2中所述钢管预处理后的表面粗糙度小于Ra12.5，所述所述钢管预处理后的圆度误差小于2mm。
优选的，步骤S4中所述的钢管表面涂层制作，通过所述旋转工装带动钢管转动，所述旋转工装通过转速的调整，配合激光熔覆过程，为激光熔覆提供线速度。
优选的，步骤S4所述的功能涂层设置材料体系包括不锈钢系列材料、纯镍或者镍基合金系列材料和Co基合金系列材料。
本发明的技术效果和优点：本发明首先通过在钢管表面涂层制作步骤之前增设钢管预处理步骤，能将钢管的表面的油污清洗干净并且再通过电动打磨机或喷丸除锈的方式将钢管表面的锈蚀打磨，然后通过激光熔覆技术将具有一定功能的涂层材料熔覆在钢管的表面，一定程度上避免了在钢管表面涂层在长期使用后脱落，也可显著提升原钢管的耐磨损、防腐蚀、耐高温等各方面的性能。从而实现了具备不同功能的钢管的制造。
附图说明
图1为本发明的激光制造复合钢管制造方法的流程框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种激光制造“20G+316L”复合钢管的制造方法，该钢管的主要功能是提高钢管的耐腐蚀能力，包括如下步骤：
S1、选材，选择钢管20G作为基体材料；
S2、20G钢管预处理，通过喷丸除锈的方式将钢管表面的锈蚀打磨干净；
S3、20G钢管安装，将预处理后的钢管安装于激光熔覆成套设备的旋转工装上；并用酒精擦拭待熔覆表面，除去残余油污；
S4、20G钢管表面涂层制作，首先将316L耗材粉末加入激光熔覆成套设备的送粉器内，然后通过采用激光熔覆工艺将316L粉末熔覆于20G钢管表面；
S5、涂层表面处理，在316L涂层制作完毕后，对钢管表面进行适当的抛磨，去除表面的尖峰、毛刺类凸出物，并保证钢管处于适合探伤的状态；
S6、涂层检验，采用着色探伤的方法进行检验，并且对表面涂层存在的气孔、裂纹缺陷进行标记；
S7、缺陷修复，对标记出的气孔、裂纹缺陷进行修复，修复后需要进行重复探伤、不合格位置修复，直至产品合格，产品合格的探伤标准要求是满足：NB/T47013.5-2015I级要求；
通过上述步骤，即制作完成一根长度1m、外径约Φ52mm、保护层厚度约0.3～0.5mm厚度的复合钢管。因316L在防腐蚀方面有优异的性能，因此该钢管提升了原20G钢管的防腐蚀能力。
步骤S1所选择的20G钢管，钢管外径Φ51mm，钢管壁厚7mm，钢管长度1m；
步骤S4的316L粉末，该材料具备良好的耐腐蚀能力。该粉末材料粒度为15-50μm，激光熔覆时激光功率采用2000W，送粉速度为8g/min，熔覆时激光的线速度为50mm/s，在该工艺参数下，形成的涂层厚度约为0.3～0.5mm。
步骤S2中20G钢管预处理后的表面粗糙度小于Ra12.5，钢管预处理后的圆度误差小于2mm。
实施例2：
一种激光制造“20G+431”复合钢管的制造方法，该钢管的主要功能是提高钢管的耐腐蚀、耐磨损能力，包括如下步骤：
S1、选材，选择钢管20G作为基体材料；
S2、20G钢管预处理，通过喷丸除锈的方式将钢管表面的锈蚀打磨干净；
S3、20G钢管安装，将预处理后的钢管安装于激光熔覆机成套设备的旋转工装上；并用酒精擦拭待熔覆表面，除去残余油污；
S4、20G钢管表面涂层制作，首先将431耗材粉末加入激光熔覆机成套设备的送粉器内，然后通过采用激光熔覆工艺将431粉末熔覆于20G钢管表面；
S5、涂层表面处理，在431涂层制作完毕后，对钢管表面进行适当的抛磨，去除表面的尖峰、毛刺类凸出物，并保证钢管处于适合探伤的状态；
S6、涂层检验，采用着色探伤的方法进行检验，并且对表面涂层存在的气孔、裂纹缺陷进行标记；
S7、缺陷修复，对标记出的气孔、裂纹缺陷进行修复。修复后需要进行重复探伤、不合格位置修复，直至产品合格。产品合格的探伤标准要求是满足：NB/T47013.5-2015I级要求；
通过上述步骤，即制作完成一根长度1m、外径约Φ52mm、保护层厚度约0.4～0.6mm厚度的复合钢管。因431在耐磨损、防腐蚀方面有优异的性能，因此该钢管提升了原20G钢管的耐磨损、防腐蚀能力。
步骤S1所选择的20G钢管，钢管外径Φ51mm，钢管壁厚7mm，钢管长度1m；
步骤S4的431粉末，该材料具备良好的耐腐蚀、耐磨损能力。该粉末材料粒度为15-50μm，激光熔覆时激光功率采用2500W，送粉速度为10g/min，熔覆时激光的线速度为50mm/s，在该工艺参数下，形成的涂层厚度约为0.4～0.6mm。
步骤S2中20G钢管预处理后的表面粗糙度小于Ra12.5，钢管预处理后的圆度误差小于2mm。
实施例3
一种激光制造“20G+NiCrMo合金”复合钢管的制造方法，该钢管的主要功能是提高钢管的耐高温腐蚀能力，包括如下步骤：
S1、选材，选择钢管20G作为基体材料；
S2、20G钢管预处理，通过喷丸除锈的方式将钢管表面的锈蚀打磨干净；
S3、20G钢管安装，将预处理后的钢管安装于激光熔覆成套设备的旋转工装上；并用酒精擦拭待熔覆表面，除去残余油污；
S4、20G钢管表面涂层制作，首先将NiCrMo合金耗材粉末加入激光熔覆成套设备的送粉器内，然后通过采用激光熔覆工艺将NiCrMo合金粉末熔覆于20G钢管表面；
S5、涂层表面处理，在NiCrMo合金涂层制作完毕后，对钢管表面进行适当的抛磨，去除表面的尖峰、毛刺类凸出物，并保证钢管处于适合探伤的状态；
S6、涂层检验，采用着色探伤的方法进行检验，并且对表面涂层存在的气孔、裂纹缺陷进行标记；
S7、缺陷修复，对标记出的气孔、裂纹缺陷进行修复。修复后需要进行重复探伤、不合格位置修复，直至产品合格。产品合格的探伤标准要求是满足：NB/T47013.5-2015I级要求；
通过上述步骤，即制作完成一根长度1m、外径约Φ52mm、保护层厚度约0.3～0.5mm厚度的复合钢管。因NiCrMo合金在防腐蚀、耐高温方面有优异的性能，因此该钢管提升了原20G钢管的防腐蚀、耐高温能力。
步骤S1所选择的20G钢管，钢管外径Φ51mm，钢管壁厚7mm，钢管长度1m；
步骤S4的NiCrMo合金粉末，该材料具备良好的耐腐蚀、耐高温能力。该粉末材料粒度为15-50μm，激光熔覆时激光功率采用2000W，送粉速度为8g/min，熔覆时激光的线速度为50mm/s，在该工艺参数下，形成的涂层厚度约为0.3～0.5mm。
步骤S2中20G钢管预处理后的表面粗糙度小于Ra12.5，钢管预处理后的圆度误差小于2mm。
实施例4
一种激光制造“304+NiCrFe合金”复合钢管的制造方法，该钢管的主要功能是进一步提高不锈钢钢管的耐腐蚀能力，包括如下步骤：
S1、选材，选择不锈钢钢管304作为基体材料；
S2、不锈钢304钢管预处理，通过喷丸除锈的方式将钢管表面的氧化皮打磨干净；
S3、不锈钢304钢管安装，将预处理后的钢管安装于激光熔覆成套设备的旋转工装上；并用酒精擦拭待熔覆表面，除去残余油污；
S4、不锈钢304钢管表面涂层制作，首先将NiCrFe合金耗材粉末加入激光熔覆成套设备的送粉器内，然后通过采用激光熔覆工艺将NiCrFe合金粉末熔覆于不锈钢304钢管表面；
S5、涂层表面处理，在NiCrFe合金涂层制作完毕后，对钢管表面进行适当的抛磨，去除表面的尖峰、毛刺类凸出物，并保证钢管处于适合探伤的状态；
S6、涂层检验，采用着色探伤的方法进行检验，并且对表面涂层存在的气孔、裂纹缺陷进行标记；
S7、缺陷修复，对标记出的气孔、裂纹缺陷进行修复。修复后需要进行重复探伤、不合格位置修复，直至产品合格。产品合格的探伤标准要求是满足：NB/T47013.5-2015I级要求；
通过上述步骤，即制作完成一根长度1m、外径约Φ52mm、保护层厚度约0.3～0.5mm厚度的复合钢管。因NiCrFe合金在防腐蚀、耐高温方面有优异的性能，因此该钢管提升了原不锈钢304钢管的防腐蚀、耐高温能力。
步骤S1所选择的不锈钢304钢管，钢管外径Φ51mm，钢管壁厚7mm，钢管长度1m；
步骤S4的NiCrFe合金粉末，该材料具备良好的耐高温腐蚀能力。该粉末材料粒度为15-50μm，激光熔覆时激光功率采用2000W，送粉速度为8g/min，熔覆时激光的线速度为50mm/s，在该工艺参数下，形成的涂层厚度约为0.3～0.5mm。
步骤S2中不锈钢304钢管预处理后的表面粗糙度小于Ra12.5，钢管预处理后的圆度误差小于2mm。
综上所述：本发明首先通过在钢管表面涂层制作步骤之前增设钢管预处理步骤，能将钢管的表面的油污清洗干净并且再通过电动打磨机将钢管表面的锈蚀打磨，然后通过激光熔覆技术将具有一定功能的涂层材料熔覆在钢管的表面，一定程度上避免了在钢管表面涂层在长期使用后脱落。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、同替换、改进，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种激光制造复合钢管的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、选材，选择商用钢管作为基体材料，所述钢管的材料选择不受材料化学成分以及规格的限制；S2、预处理，通过电动打磨机或者喷丸除锈的方式将钢管表面的锈蚀清理；S3、就位于加工位置，将预处理后的钢管安装于激光熔覆机的旋转工装上，钢管安装后，再进行一次清洗，清洗干净钢管表面的油污等。S4、表面涂层制作，根据钢管表面涂层的实际需求选着选择采用常规激光熔覆或者高速激光熔覆的工艺对钢管表面涂层进行制作；根据钢管的实际应用工况条件，选择合适的钢管基体材料和合适的功能涂层材料，并设置合适的激光熔覆工艺参数，同时开启激光器、激光器冷却系统和激光熔覆送粉器，检查加工路径、激光器运行状态、激光器冷却系统状态和激光熔覆送粉器运行状态，并进行相应的调整，使得激光熔覆设备后续能有效的运行；按照设定好的激光功率、熔覆线速度、送粉速度、激光头与复合管之间的距离、激光头的起始位置和激光头的行走路径等参数，进行激光熔覆。S5、涂层表面清理，在功能涂层制作完毕后，需要对钢管表面进行适当的抛磨，去除表面的尖峰、毛刺类凸出物；S6、涂层检验，采用目视检验或者着色探伤的方法进行检验，并且对表面涂层存在的气孔、裂纹缺陷进行标记；S7、缺陷修复，对标记出的气孔、裂纹缺陷进行修复。修复后需要进行重复探伤、不合格位置修复，直至产品合格。
2.根据权利要求1所述的一种激光制造复合钢管的制造方法，其特征在于：所述步骤S1中所述的钢管可以依据使用环境的不同选择不同材料的钢管，且钢管的直径、壁厚和长度不受限制，可以根据使用环境的不同，选择不同规格的钢管，所选择作为基体的钢管包括碳素钢钢管或不锈钢钢管。
3.根据权利要求1所述的一种激光制造复合钢管的制造方法，其特征在于：步骤S4所述的功能涂层材料，所述涂层的厚度≥0.2mm。
4.根据权利要求1所述的一种激光制造复合钢管的制造方法，其特征在于：步骤S2中所述钢管预处理后的表面粗糙度小于Ra12.5，所述所述钢管预处理后的圆度误差小于2mm。
5.根据权利要求1所述的一种激光制造复合钢管的制造方法，其特征在于：步骤S4中所述的钢管表面涂层制作，通过所述旋转工装带动钢管转动，所述旋转工装通过转速的调整，配合激光熔覆过程，为激光熔覆提供线速度。
6.根据权利要求1所述的一种激光制造复合钢管的制造方法，其特征在于：步骤S4所述的功能涂层设置材料体系包括不锈钢系列材料、纯镍或者镍基合金系列材料和Co基合金系列材料。
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