CN111304647A - 双金属导轨超高速激光熔覆制造方法 - Google Patents

双金属导轨超高速激光熔覆制造方法 Download PDF

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温国栋
鄢忠方
田东庄
董萌萌
蔺高峰
王斌
朱宁
杨虎伟
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Xian Research Institute Co Ltd of CCTEG
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    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
    • C23C24/10—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat with intermediate formation of a liquid phase in the layer
    • C23C24/103—Coating with metallic material, i.e. metals or metal alloys, optionally comprising hard particles, e.g. oxides, carbides or nitrides

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Abstract

一种双金属导轨超高速激光熔覆制造方法，其包括如下步骤：步骤一：导轨基体加工及表面预处理；步骤二：送料激光熔覆，将导轨基体固定至双金属导轨超高速激光熔覆系统，所述双金属导轨超高速激光熔覆系统由工业机器人、导轨固定工作台、压紧装置和激光熔覆喷头组成，通过压紧装置将导轨基体固定至导轨固定工作台，工业机器人的机械臂夹持激光熔覆喷头进行熔覆轨迹的精确定位；步骤三：按图纸加工成型熔覆完成后；由此，本发明能有效改善现有导轨不耐磨、淬火耐磨层不均匀、材料成本高的问题，制造工艺简单、环保、成本低，熔覆过程中基体的热输入极小，设备能耗小，能使耐磨合金粉末与45#钢基体发生充分冶金结合，熔覆层抗磨、抗冲击能力强。

Description

双金属导轨超高速激光熔覆制造方法
技术领域
本发明涉及钻探机械超高速激光熔覆的技术领域，尤其涉及一种双金属导轨超高速激光熔覆制造方法。
背景技术
导轨作为钻机主要部件之一，是动力头运动的基准和支撑点，是影响钻机安全运行的关键部件，磨损则是导轨的主要失效形式。目前，钻机导轨大多采用钢导轨和铜衬套配合的方法增加钢导轨的使用时间，这种方法虽然能增加钢导轨的使用时间，但是铜衬套的更换频率较大，由于钻机使用工况恶略，煤渣碎石夹在导轨的配合面上也会导致钢导轨表面损伤而报废，更换铜衬套和钢导轨不但费时费力，使煤矿生产停工，影响生产，而且更换导轨也是一笔高额的费用，无形中增加了煤矿企业的生产成本。
当前，也有采用从热处理和材料两方面着手提高导轨耐磨性的方法，但是这两种方法仍存在以下问题：
(1)45#钢导轨表面淬火工艺。
表面淬火工艺可以大大提高钢材表面的硬度和耐磨性，具有设备简单、投资少、成本低的特点。而45#钢导轨在进行表面淬火后长度方向会有较大翘曲变形，为使导轨平滑运行，需要使用磨床将导轨磨平，不仅增加了加工工序，还会磨掉翘曲一端的耐磨层，致使导轨表面硬度产生不均匀的现象，在后期的使用过程中，导轨则会在被磨掉耐磨层的区域发生刮伤，影响其正常使用。
(2)耐磨钢材料。
使用耐磨钢代替现有的45#钢导轨，虽然在一定程度上提高了导轨的耐磨性，但价格大大高于45#钢导轨，其难于加工的材料特性也增加了加工费用，致使每套导轨的成本比45#钢导轨增加了数倍，经济型较差，加之耐磨钢材料供应不足，也会延长生产周期。
鉴于以上问题，有必要开展新的钻机耐磨导轨制造工艺技术研究，以制造出耐磨性高、制造时间短、生产成本低的钻机耐磨导轨。
为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种双金属导轨超高速激光熔覆制造方法，以克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双金属导轨超高速激光熔覆制造方法，改善现有导轨不耐磨、淬火耐磨层不均匀、材料成本高的问题。
为实现上述目的，本发明公开了一种双金属导轨超高速激光熔覆制造方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：导轨基体加工及表面预处理；
步骤二：送料激光熔覆，将导轨基体固定至双金属导轨超高速激光熔覆系统，所述双金属导轨超高速激光熔覆系统由工业机器人、导轨固定工作台、压紧装置和激光熔覆喷头组成，通过压紧装置将导轨基体固定至导轨固定工作台，工业机器人的机械臂夹持激光熔覆喷头进行熔覆轨迹的精确定位；
步骤三：按图纸加工成型熔覆完成后。
其中：熔覆过程中，同轴送粉器熔覆头位于导轨基体表面上方一定距离处，激光束聚焦于导轨基体表面上方，耐磨合金粉末流在离导轨基体表面一定距离处融化，并高速喷射到导轨基体表面形成耐磨合金熔覆层。
其中：耐磨合金熔覆层厚度5mm。
其中：保护气保护耐磨合金熔池不受外界气体侵害。
通过上述内容可知，本发明的双金属导轨超高速激光熔覆制造方法具有如下效果：
1、利用超高速激光熔覆技术制造钻机导轨，利用激光使送粉器高速喷出的耐磨合金粉末流和45#钢导轨基体表面成熔化状态，并快速凝固形成稀释率极低、与45#导轨基体呈冶金结合的耐磨合金熔覆层，熔覆过程中，保护气保护耐磨合金熔池不受外界气体侵害，所以不会发生氧化，熔覆层厚度可以控制到2～4mm。
2、制造工艺简单、环保、成本低，熔覆过程中基体的热输入极小，设备能耗小，能使耐磨合金粉末与45#钢基体发生充分冶金结合，熔覆层抗磨、抗冲击能力强。
本发明的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。
附图说明
图1显示了本发明的双金属导轨超高速激光熔覆制造方法的工艺流程图。
图2显示了本发明的双金属导轨超高速激光熔覆系统的结构示意图。
图3显示了本发明的双金属导轨超高速激光熔覆的原理图。
图4显示了通过本发明制造的双金属导轨结构示意图。
图5是图4中A的局部放大图。
附图标记：
1-工业机器人，2-导轨固定工作台，3-压紧装置，4-激光熔覆喷头，5-导轨基体，6-激光束，7-送粉器，8-同轴送粉熔覆头，9-保护气,10-耐磨合金粉末流，11-熔池，12-耐磨合金熔覆层，13-螺栓孔。
具体实施方式
参见图1至图3，显示了本发明的双金属导轨超高速激光熔覆制造方法。
所述双金属导轨超高速激光熔覆制造方法包括如下步骤：
步骤一：导轨基体加工及表面预处理，加工导轨基体，导轨基体需熔覆表面祛毛刺、祛油渍。
步骤二：送料激光熔覆，将导轨基体固定至双金属导轨超高速激光熔覆系统，所述双金属导轨超高速激光熔覆系统由工业机器人1、导轨固定工作台2、压紧装置3和激光熔覆喷头4组成，通过压紧装置3将导轨基体5固定至导轨固定工作台2，导轨基体5通过45#钢制成，工业机器人1的机械臂夹持激光熔覆喷头4进行熔覆轨迹的精确定位。激光熔覆喷头4包括喷嘴及枪身，喷嘴设置在枪身的底部，喷嘴内设置有供熔覆材料通过的熔覆通道、气体输送通道及供激光通过的激光通道，熔覆通道围设在气体输送通道的外围，激光与气体输送使用同一通道同一路。工业机器人1位于精度高速机床2一侧。
熔覆过程中，同轴送粉器熔覆头8位于导轨基体5表面上方一定距离处，激光束6聚焦于导轨基体5表面上方，激光能量大部分作用于送粉器7喷出的耐磨合金粉末流10上，耐磨合金粉末流10在离导轨基体5表面一定距离处融化，并高速喷射到导轨基体5表面形成耐磨合金熔覆层12，耐磨合金熔覆层12厚度5mm(成型厚度4mm，留1mm加工余量)，在熔覆过程中，保护气9保护耐磨合金熔池11不受外界气体侵害。
步骤三：按图纸加工成型熔覆完成后，按照图纸要求，加工螺栓孔13至成型(参见图4和图5)。
由此，本发明的优点在于：
1、利用超高速激光熔覆技术制造钻机导轨，利用激光使送粉器高速喷出的耐磨合金粉末流和45#钢导轨基体表面成熔化状态，并快速凝固形成稀释率极低、与45#导轨基体呈冶金结合的耐磨合金熔覆层，熔覆过程中，保护气保护耐磨合金熔池不受外界气体侵害，所以不会发生氧化，熔覆层厚度可以控制到2～4mm。
2、制造工艺简单、环保、成本低，熔覆过程中基体的热输入极小，设备能耗小，能使耐磨合金粉末与45#钢基体发生充分冶金结合，熔覆层抗磨、抗冲击能力强。
显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本发明不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例子，本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。

Claims (4)

1.一种双金属导轨超高速激光熔覆制造方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：导轨基体加工及表面预处理；
步骤二：送料激光熔覆，将导轨基体固定至双金属导轨超高速激光熔覆系统，所述双金属导轨超高速激光熔覆系统由工业机器人、导轨固定工作台、压紧装置和激光熔覆喷头组成，通过压紧装置将导轨基体固定至导轨固定工作台，工业机器人的机械臂夹持激光熔覆喷头进行熔覆轨迹的精确定位；
步骤三：按图纸加工成型熔覆完成后。
2.如权利要求1所述的双金属导轨超高速激光熔覆制造方法，其特征在于：熔覆过程中，同轴送粉器熔覆头位于导轨基体表面上方一定距离处，激光束聚焦于导轨基体表面上方，耐磨合金粉末流在离导轨基体表面一定距离处融化，并高速喷射到导轨基体表面形成耐磨合金熔覆层。
3.如权利要求1所述的双金属导轨超高速激光熔覆制造方法，其特征在于：耐磨合金熔覆层厚度5mm。
4.如权利要求1所述的双金属导轨超高速激光熔覆制造方法，其特征在于：保护气保护耐磨合金熔池不受外界气体侵害。
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