CN111378966A - 双金属配油套超高速激光熔覆制造方法 - Google Patents

Abstract

一种双金属配油套超高速激光熔覆制造方法，其包含如下步骤：步骤一：配油套基体加工及表面预处理；步骤二：送料激光熔覆，将配油套基体安装至双金属配油套超高速激光熔覆系统，所述双金属配油套超高速激光熔覆系统由工业机器人、高精度高速机床和激光熔覆喷头组成，高精度高速机床实现对配油套基体实现转动和进给，熔覆时，根据需要熔覆的厚度高调节精度高速机床旋转和给进速度；步骤三：加工成型为成品；由此，本发明制造工艺简单，工序少，可以在配油套基体上实现精确喷涂，铜合金熔覆层厚度仅为离心铸造铜合金内套1/10，大大减少了铜合金的厚度及后续加工余量，且铜合金粉末的利用率可达90％以上，成本低。

Description

双金属配油套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配油套超高速激光熔覆制造方法。

背景技术

配油套是全液压动力头式钻机卡盘供油系统中重要的密封元件。它的作用是将高压油从不旋转的动力头箱体送入旋转的主轴，再经主轴上的轴向油孔到达卡盘。配油套与主轴之间既要允许有高速相对运动，又要实现保压配油，两者之间必须保留一定的间隙以避免主轴和配油套之间的过渡磨损和保证密封间隙内泄漏量最小。为了更好实现以上的功能，煤炭科学研究总院西安研究院发明了一种《全液压钻机双金属配油套》(授权公告号：CN201902162U)，通过采用离心浇注、加压真空烧结工艺技术，使铜合金内套与优质碳素钢基体有机焊合，形成双金属复合体，然后按设计图纸加工成配油套，采用该方法制作的配油套提高了使用寿命，解决了传统配油套的泄漏、磨损快、易抱死、拔套等问题。但是这种配油套制造工艺需要先离心铸造铜合金内套，然后在真空、加压条件下烧结，在一定温度下将铜合金内套压入配油套基体，这种先铸造铜合金内套，再压入配油套基体，最后加工成型的制造工艺加工工序多，工时长，铜合金内套加工及压入过程易变形，制造工艺难度大，离心铸造和烧结过程能耗高，铜合金内套压入配油套基体前还需要去应力和去氧化层，由于铜合金材质较软，所以这种制造工艺为了降低铜合金压入配油套基体时的变形量，需要铜合金达到一定的厚度，致使铜合金的用量较大，成本高，直接造成钻机成本居高不下，降低了产品的竞争力。中煤科工集团重庆研究院有限公司申请的专利《全液压钻机三层结构配油套的加工方法》(专利号：2018116015433)为了降低铸造铜合金的厚度，将配油套的两层金属改成了三层，先将铜合金离心铸造在中间内钢套上，然后再将中间内钢套真空压入到外钢套上，这种工艺方法虽然降低了铜合金的厚度，但是依然需要离心铸造，真空烧结压入，反而增加了中间内钢套的加工步骤，使得配有套制造工序更加复杂，制造难度增加，工时及能耗更多，对于配油套的制造工艺没有根本上的改变。

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配油套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配油套超高速激光熔覆制造方法，以改善现有双金属配油套制造工艺复杂，制造难度大，能耗大，加工完成后还需要去应力和去氧化层，加工工序多，工时长，铜合金用量大，成本高的问题。

为实现上述目的，本发明公开了一种双金属配油套超高速激光熔覆制造方法，其特征在于包含如下步骤：

步骤一：配油套基体加工及表面预处理；

步骤二：送料激光熔覆，将配油套基体安装至双金属配油套超高速激光熔覆系统，所述双金属配油套超高速激光熔覆系统由工业机器人、高精度高速机床和激光熔覆喷头组成，工业机器人的机械臂夹紧激光熔覆喷头以进行精确定位，高精度高速机床实现对配油套基体实现转动和进给，熔覆时，根据需要熔覆的厚度高调节精度高速机床旋转和给进速度；

步骤三：加工成型为成品。

其中：在喷涂过程中，将配油套基体夹持于三爪卡盘上，激光熔覆喷头位于配油套基体内表面上方一定距离处。

其中：熔覆过程中，激光束聚焦于配油套基体内表面上方，激光能量大部分作用于送粉器喷出的耐磨铜合金粉末流上，耐磨铜合金粉末流是耐磨铜合金，耐磨铜合金粉末流在离配油套基体内表面一定距离处融化，并高速喷射到配油套基体内表面形成极薄的耐磨铜合金熔覆层。

其中：铜合金熔覆层厚度2mm。

其中：在熔覆过程中，保护气保护铜合金熔池不受外界气体侵害。

其中：在熔覆起始和结束阶段设置了引弧板和收弧板。

通过上述内容可知，本发明的双金属配油套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双金属配油套，利用激光使送粉器高速喷出的铜合金粉末流和配油套基体表面成熔化状态，并快速凝固形成稀释率极低、与配油套基体呈冶金结合的铜合金熔覆层，熔覆过程中，保护气保护铜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0.02～1.0mm。

2、无需铸造铜合金内套，也不需要真空、加压环境，熔覆过程中基体的热输入极小，设备能耗小，超高速激光能使耐磨铜合金粉末与配油套基体发生充分冶金结合，保证其机械性能，制造过程中铜合金熔覆层不会发生氧化，也不需要去应力，制造工艺简单，工序少，同时，本发明可以在配油套基体上实现精确喷涂，铜合金熔覆层厚度仅为离心铸造铜合金内套1/10，大大减少了铜合金的厚度及后续加工余量，且铜合金粉末的利用率可达90％以上，成本低。

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配油套超高速激光熔覆制造方法工艺流程图。

图2显示了本发明的双金属配油套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配油套超高速激光熔覆喷涂的示意图。

图4显示了本发明的双金属配油套超高速激光熔覆的原理图。

图5显示了通过本发明制造的双金属配油套结构示意图。

图6显示了图5中A1的局部放大图。

附图标记：

1-工业机器人；2-高精度高速机床；3-配油套基体；4-激光熔覆喷头；5-引弧板；6-收弧板；7-卡盘；8-激光束；9-送粉器；10-同轴送粉熔覆头；11-保护气；12-耐磨铜合金粉末流；13-熔池；14-耐磨铜合金熔覆层；13-配油孔；14-均压槽。

具体实施方式

参见图1至图4，显示了本发明的双金属配油套超高速激光熔覆制造方法。

所述双金属配油套超高速激光熔覆制造方法包括如下步骤：

步骤一：配油套基体加工及表面预处理，按图纸技术要求加工配油套基体，配油套内侧熔覆表面祛毛刺、祛油渍。

步骤二：送料激光熔覆。如图2所示，将配油套基体安装至双金属配油套超高速激光熔覆系统，

所述双金属配油套超高速激光熔覆系统由工业机器人1、高精度高速机床2和激光熔覆喷头4组成，工业机器人1的机械臂夹紧激光熔覆喷头4以进行精确定位，高精度高速机床2实现对配油套基体3实现转动和进给，熔覆时，根据需要熔覆的厚度高调节精度高速机床2旋转和给进速度。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，激光熔覆喷头4水平与配油套基体同轴，并伸入其内部。

工作原理：在喷涂过程中，将配油套基体3夹持于三爪卡盘7上，激光熔覆喷头4位于配油套基体3内表面上方一定距离处。同时参见图4，熔覆过程中，激光束8聚焦于配油套基体3内表面上方，激光能量大部分作用于送粉器9喷出的耐磨铜合金粉末流12上，耐磨铜合金粉末流12是耐磨铜合金，耐磨铜合金粉末流12在离配油套基体3内表面一定距离处融化，并高速喷射到配油套基体3内表面形成极薄的耐磨铜合金熔覆层14，铜合金熔覆层14厚度2mm(最终成型厚度在0.5mm，预留1.5mm加工余量)，在熔覆过程中，保护气11保护铜合金熔池13不受外界气体侵害，同时为了在熔覆过程中不伤配油套基体3，在熔覆起始和结束阶段设置了引弧板5和收弧板6。

步骤三：按图纸加工成型，熔覆完成后，按照图纸要求，加工出配油孔13及均压槽14(参见图5和图6所示)。

由此可见，本发明的优点在于：

1、利用超高速激光熔覆技术制造双金属配油套，利用激光使送粉器高速喷出的铜合金粉末流和配油套基体表面成熔化状态，并快速凝固形成稀释率极低、与配油套基体呈冶金结合的铜合金熔覆层，熔覆过程中，保护气保护铜合金熔池不受外界气体侵害，所以不会发生氧化，这样就不要现有加工过程中使用的真空、加压环境与设备，减少了设备投资。

2、超高速激光熔覆过程中基体的热输入极小，设备能耗小。超高速激光能使耐磨铜合金粉末与配油套基体发生充分冶金结合，保证其机械性能，制造过程中铜合金熔覆层不会发生氧化，也不需要去应力。(新工艺能耗小，质量有保障)

3、超高速激光熔覆无需铸造铜合金内套，制造工艺简单，工序少，同时，本发明可以在配油套基体上实现精确喷涂，熔覆层厚度可以控制到0.02～1.0mm，铜合金熔覆层厚度仅为离心铸造铜合金内套1/10，大大减少了铜合金的厚度及后续加工余量，且铜合金粉末的利用率可达90％以上，成本低。(新工艺减少熔覆层厚度，减少了贵重材料的使用，降低了成本)

4、将采用超高速激光熔覆技术制造的配油套与传统烧结配油套进行同条件下的耐磨试验对比，结果显示，前者的使用时间是后者的2倍。

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 (6)

1.一种双金属配油套超高速激光熔覆制造方法，其特征在于包含如下步骤：

步骤一：配油套基体加工及表面预处理；

步骤二：送料激光熔覆，将配油套基体安装至双金属配油套超高速激光熔覆系统，所述双金属配油套超高速激光熔覆系统由工业机器人、高精度高速机床和激光熔覆喷头组成，工业机器人的机械臂夹紧激光熔覆喷头以进行精确定位，高精度高速机床实现对配油套基体实现转动和进给，熔覆时，根据需要熔覆的厚度高调节精度高速机床旋转和给进速度；

步骤三：加工成型为成品。

2.如权利要求1所述的双金属配油套超高速激光熔覆制造方法，其特征在于：在喷涂过程中，将配油套基体夹持于三爪卡盘上，激光熔覆喷头位于配油套基体内表面上方一定距离处。

3.如权利要求1所述的双金属配油套超高速激光熔覆制造方法，其特征在于：熔覆过程中，激光束聚焦于配油套基体内表面上方，激光能量大部分作用于送粉器喷出的耐磨铜合金粉末流上，耐磨铜合金粉末流是耐磨铜合金，耐磨铜合金粉末流在离配油套基体内表面一定距离处融化，并高速喷射到配油套基体内表面形成极薄的耐磨铜合金熔覆层。

4.如权利要求3所述的双金属配油套超高速激光熔覆制造方法，其特征在于：铜合金熔覆层厚度2mm。

5.如权利要求3所述的双金属配油套超高速激光熔覆制造方法，其特征在于：在熔覆过程中，保护气保护铜合金熔池不受外界气体侵害。

6.如权利要求3所述的双金属配油套超高速激光熔覆制造方法，其特征在于：在熔覆起始和结束阶段设置了引弧板和收弧板。

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