CN117987830A - 一种12m长油套管的内壁全域激光熔覆系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及激光熔覆技术领域，具体为一种12m长油套管的内壁全域激光熔覆系统，包括：激光器；激光头；送粉系统，用于使熔点在1300℃‑1400℃温度范围、粒度在53μm‑150μm的球形镍基合金粉末输送至所述激光头并激光熔覆在管件的内壁；工件旋转系统，用于控制待熔覆管件的旋转速度为25°/s‑55°/s，旋转速度精度达到0.5°/s；激光头行走系统，用于控制激光头在管件的内部沿轴向移动；水冷却系统，用于对激光器、光缆、激光头进行充分的冷却；本发明的系统通过各个子系统之间的相互配合，能够保证激光扫描速度在100mm/s‑150mm/s范围，连续稳定工作20小时以上。
Description
技术领域
本发明涉及激光熔覆技术领域，具体涉及一种12m长油套管的内壁全域激光熔覆系统。
背景技术
盐穴压缩空气储能是一种利用地下盐穴储气的大容量物理储能技术，是用电低谷的电能将空气压缩到盐穴中，在用电高峰时再释放压缩空气发电，从而实现电网削峰填谷，提升电网调节能力和新能源消纳能力，是一项具有容量大、寿命长、安全环保等优势的极具发展前景的大规模清洁物理储能技术。然而盐穴内多残存有具有对金属材料有较强腐蚀性的饱和盐水。用于盐穴井储气管路的井筒材质必须具有较高的耐腐蚀性能。其中之一例，要求在60℃饱和盐水中的耐腐蚀性能达到：均匀腐蚀率低于0.01mm/year,最大点蚀率低于0.015mm/年。同时管道的强度（抗拉、抗内压、抗外挤强度）最低值，不得低于API TR 5C3的相关规定。常用的N80无缝钢管（通称N80油管）、P110无缝钢管（通称P110套管）的强度可满足要求，但其耐腐蚀性能远不能满足要求。按照要求，为满足耐腐蚀性能要求，要求使用成分满足Cr+Ni+Mo 含量高于55%的合金。若使用Ni基合金管，强度和耐腐蚀性能虽能达到要求，但价格昂贵。
为此一般选用强度满足要求的适当壁厚的N80无缝钢管和P110无缝钢管作为基材，在其与腐蚀介质接触的内壁激光熔覆耐腐蚀合金，制作内覆衬里耐腐蚀复合钢管。
另盐穴的深度通常在500m以上，这就要求将现有长度规格在12m上下的无缝钢管（在石油工业领域通称油管和套管）以节箍连接，以满足500m以上长度的要求。这里遇到的首要问题是对于12m长、内径在315mm±(规格为339.7×12.19 的N80)油管内壁以及内径在443mm±（规格为473.08×14.8的P110）套管内壁均匀激光熔覆厚度在0.8mm±0.1mm的Ni20kSJG合金熔覆层。这分别相当于在10.8m2和在15.31m2的面积上均匀激光熔覆厚度在0.8mm±0.1mm的Ni20CrMokSJG合金涂层，且是在管材内壁激光熔覆。至今尚无先例。
若按以往的常规激光熔覆，激光扫描速度多在6mm/s-20mm/s速度范围，熔覆效率较低，在一根10m长、内径在315mm±(规格为339.7×12.19 的N80)油管内壁全域激光熔覆大约需要229小时（激光扫描速度为6mm/s）-68小时（激光扫描速度为20mm/s）,效率太低。
德国弗劳恩霍夫激光技术研究所（Fraunhofer-Institut für Laser technikILT）和亚琛工业大学于2012年提出了超高速激光熔覆的技术设想，并与德国激光器制造企业Laseline公司合作于2017年推出了超高速激光熔覆（Extreme high-speed lasercladding (EHLA), also called ultra-high-speed laser cladding (UHSLC)））。超高速激光熔覆的激光扫描速度20m/min(激光扫描速度（scanning speed）高于333mm/s),熔覆效率高于200cm2/min。但超高速激光熔覆层的厚度大多在0.1-0.2mm。看到超高速激光熔覆的熔覆效率较高，但熔覆层较薄，且尚未见ID300mm上下的内壁快速激光熔覆。
为保证在大面积（如在12m长、内径在315mm±的油管内壁以及内径在443mm±的套管内壁全域均匀激光熔覆）需要一稳定的激光熔覆系统；因此本申请旨在提供一种激光扫描速度在100mm/s-150mm/s、对于镍基合金的熔覆层厚度在0.5mm-1.2mm、且保证激光熔覆过程的稳定性、激光熔覆层与基体有良好冶金结合、厚度均匀、表面平整符合各项技术要求的12m长油套管的内壁全域激光熔覆系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种12m长油套管的内壁全域激光熔覆系统，以改善上述的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：
一种12m长油套管的内壁全域激光熔覆系统包括：
激光器，选用输出功率6kW波长1080nm的多模连续波激光器；
激光头，选用激光束内聚焦-反射输出同轴送粉激光头以使得从安装于支架上的激光头喷嘴输出的高能量密度的激光束在距喷嘴端部15mm-25mm长度的范围内，激光束直径的变化≤0.5mm；
送粉系统，用于使熔点在1300℃-1400℃温度范围、粒度在53μm-150μm的球形镍基合金粉末输送至所述激光头并激光熔覆在管件的内壁；
工件旋转系统，用于控制待熔覆管件的旋转速度为25°/s -55°/s，旋转速度精度达到0.5°/s，从而控制激光扫描速度；
激光头行走系统，用于控制激光头在管件的内部沿轴向移动；
水冷却系统，用于对激光器、光缆、激光头进行充分的冷却。
作为本发明的一种优选方案：所述送粉系统选用容积5L的转盘定量-载气输送的送粉器，并通过送粉管路送粉至激光头，送粉载气为氩气。
作为本发明的一种优选方案：所述水冷却系统的冷却介质选用纯净水，冷却参数如下：
对于激光器：冷却水温24℃±1℃水温，输入压力：4-6Bar，流量：≥52L/min;
对于光纤：冷却水温：10-25℃，进水口压力：4-6Bar，流量：2L/min;
对于激光头：冷却水温：10-25℃，进水口压力：4-6Bar，流量：8L/min。
作为本发明的一种优选方案：还包括氩气系统，所述氩气系统一方面用于提供送粉载气，另一方面用于在激光头开启之前，对激光束内聚焦-反射输出同轴送粉激光头中的输出镜进行氩气吹扫保护，还对激光熔覆区实现氩气保护。
作为本发明的一种优选方案：还包括冷风机，所述冷风机用于在激光熔覆过程中以制冷量3.5kW的、输送温度为10℃的空气，吹扫管材内孔，以实现在激光熔覆过程中管内吹风排热。
作为本发明的一种优选方案：所述激光束内聚焦-反射输出同轴送粉激光头中反射镜片的表面粗糙度低于5nm。
作为本发明的一种优选方案：所述激光头行走系统包括伸长杆，所述伸长杆的一端通过支架固定在机床台面上的支架支座上，所述伸长杆的另一端安装有用于固定激光头的激光头支撑装置，所述伸长杆通过数控-伺服电机-滚珠丝杠进给系统控制所述激光头沿伸长杆的轴向移动；
其中，激光头支架在激光熔覆过程中保证激光头的喷嘴端部到熔覆管内壁的距离H= f + fh，其中，其中f是激光头送粉的交汇点到喷嘴端部的距离，fh是激光头送粉交汇点到被熔覆管件内壁表面的距离，优先的方案是：H=18mm±0.5mm，fh=1.0mm-4.0mm。
作为本发明的一种优选方案：所述伸长杆选用型号为8-800800A材质为6063-T5的铝型材。
作为本发明的一种优选方案：所述激光头支撑装置包括支架、支撑滚轮，所述激光头安装在支架上，所述支撑滚轮安装在支架的两端，在熔覆过程中，随着被熔覆管件的旋转，支撑滚轮沿所述管件的内壁移动，实现从激光头输出的激光束的一定速度扫描实现激光熔覆，且通过调控支撑滚轮的直径以及两个支撑滚轮之间的距离可调控H。
作为本发明的一种优选方案：所述工件旋转系统包括数控机床，设在数控机床上的螺杆传动系统，以及用于控制所述螺杆传动系统的螺杆转动的伺服电机。
本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：
本发明的系统通过各个子系统之间的相互配合，能够保证激光扫描速度在100mm/s-150mm/s范围，连续稳定工作20小时以上，激光熔覆过程稳定，激光熔覆层与基体有良好冶金结合，激光熔覆层厚度均匀且大于0.8mm，实现表面平整符合各项技术要求的大线长管内壁的激光熔覆。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
图1为本发明的系统示意图。
图2为本发明的稳定支撑结构与激光头连接示意图。
附图标记：
1、激光头；2、激光器；3、送粉系统；4、工件旋转系统；5、激光头行走系统；6、水冷却系统；7、氩气系统；8、管材内壁；511、支架；512、支撑滚轮；11、喷嘴。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
下面首先结合附图对本申请所涉及的概念进行说明。在此需要指出的是，以下对各个概念的说明，仅为了使本申请的内容更加容易理解，并不表示对本申请保护范围的限定；同时，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
参考图1-图2所示，本发明提供了一种12m长油套管的内壁全域激光熔覆系统，包括：
激光器2，选用输出功率6kW波长1080nm的多模连续波激光器；
激光头1，选用激光束内聚-反射输出同轴送粉激光头1以使得从激光头1喷嘴输出的高能量密度的激光束在距喷嘴端部15mm-25mm长度的范围内，激光束直径的变化≤0.5mm；
送粉系统3，用于使熔点在1300℃-14℃温度范围、粒度在53μm-150μm的球形镍基合金粉末输送至所述激光头1并激光熔覆在管件的内壁；
工件旋转系统4，用于控制待熔覆管件的旋转速度为25°/s -55°/s，旋转速度精度达到0.5°/s，从而控制激光扫描速度；
激光头行走系统5，用于控制激光器2-光纤+QBH接口-激光头1系统在管件的内部沿轴向移动；在本实施例中钢管每旋转一周，行进0.5mm-2mm，即0.5mm-2mm/r；
水冷却系统6，用于对激光器2、光缆、激光头1进行充分的冷却。
其中，所述送粉系统3选用容积5L的转盘定量-载气输送的送粉器，并通过送粉管路送粉至激光头1，送粉载气为氩气。
其中，所述水冷却系统6的冷却介质选用纯净水，冷却参数如下：
对于激光器2：冷却水温24℃±1℃水温，输入压力：4-6Bar，流量：≥52L/min;
对于光纤：冷却水温：10-25℃，进水口压力：4-6Bar，流量：2L/min;
对于激光头1：冷却水温：10-25℃，进水口压力：4-6Bar，流量：8L/min。
其中，还包括氩气系统7，所述氩气系统7一方面用于提供送粉载气，另一方面用于在激光头1开启之前，对激光束内聚焦-反射输出同轴送粉激光头1中的输出镜进行氩气吹扫保护。
其中，还包括冷风机，所述冷风机用于在激光熔覆过程中以制冷量3.5kW的、输送温度为10℃的空气，吹扫管材内孔，以实现在激光熔覆过程中管内吹风排热。
其中，所述激光束内聚-反射输出同轴送粉激光头1中反射镜片的表面粗糙度低于5nm。
其中，所述激光头行走系统5包括伸长杆，所述伸长杆的一端通过支架511固定在机床台面上，所述伸长杆的另一端安装有用于固定激光器-光纤+QBN接口-激光头系统的激光头支撑装置，所述伸长杆通过数控-伺服电机-滚珠丝杠进给系统控制安装有激光头的伸长杆的轴向移动；
其中，在激光熔覆过程中设定激光头1喷嘴端部到熔覆管内壁的距离H= f + fh，其中，其中f是激光头1送粉的交汇点到喷嘴端部的距离fh是激光头1送粉交汇点到被熔覆管件内壁表面的距离，优先的方案是：H=18mm±0.5mm，fh=1.0mm-4.0mm。
其中，所述伸长杆选用型号为8-800800A材质为6063-T5的铝型材。
其中，所述激光头支撑装置包括支架511、支撑滚轮512，所述激光头1安装在支架511上，所述支撑滚轮512安装在支架511的两端，在熔覆过程中，随着被熔覆管件的旋转，支撑滚轮512沿所述管件的内壁移动，实现从激光头输出的激光束的一定速度扫描实现激光熔覆，且通过调控支撑滚轮512的直径以及两个支撑滚轮512之间的距离可调控H，达到本工作要求的H=18mm±0.5mm。
其中，所述工件旋转系统4包括数控机床，设在数控机床上的螺杆传动系统，以及用于控制所述螺杆传动系统的螺杆转动的伺服电机。
1）以计算机中心控制系统给出指令，对水冷却系统6中冷却水的压力与流量予以控制；并实现对冷却水循环使用过程中水冷却与温度的控制。以实现对激光器、激光头1的有效冷却和长时正常工作。其电路-开关系统要保证，仅当计算机中心控制系统确认水冷却系统6正常工作后，激光头1才能开始工作。
2）激光头系统：光纤激光器-光纤激光输出由激光器生产单位提供，本申请由计算机中心控制系统给出指令：给定激光功率、激光器的启动与关闭；以QBH接口保证激光器输出的激光经光纤到达激光头1，在激光头1内经整束-聚焦-反射输出所要求的激光束。本申请设计的计算机中心控制系统指令调控对激光头1的水冷保护和输出镜的氩气吹扫防护。
3）本申请提出使用激光束内聚焦-反射输出同轴送粉激光头1。
4）激光头行走系统5：
调控在激光熔覆过程中，伴随着管件的旋转，激光头1在管内沿轴向（相对于被内壁熔覆旋转的管的轴向）以一定的速度稳定运行；
本申请使用的是数控-伺服电机-滚珠丝杠进给系统以保证具有一定刚性的支撑激光头1的伸长杆-支架511组成的激光头行走系统5在机床台面上匀速稳定运行。
激光头行走系统5的构成：
（1）具有一定刚性的伸长杆，其长度视管件内熔覆的深度而定；
（2）激光头支撑装置：伸长杆的一端装有激光头支撑装置，保证激光头1喷嘴端部到管件内壁的距离H稳定。为此，本申请设计了以管材内壁8为基准的管材内壁8激光熔覆双滚轮激光头支撑装置（见附图2）。
5）激光头1喷嘴11端部到管件内壁的距离H（见附图2）：
为保证从激光头1喷嘴11送出的合金粉末能好好的熔合并与基体有很好的熔合，激光头1喷嘴端部到管件内壁的距离H是一重要参数。本申请基于所使用的激光器、激光头1结构和激光熔覆参数以及送粉参数，设定激光头1喷嘴端部到管件内壁的距离H=18mm±0.5mm。
6）工件旋转系统4：为在管件的内壁进行激光熔覆，管件应以一稳定的速度旋转，以保证激光熔覆的质量和熔覆过程的稳定运行。
激光束作用于熔覆部位的能量密度是激光熔覆质量的关键因素。激光束作用熔覆部位的能量密度E与激光功率P，激光束扫描速度V、光斑尺寸d间的关系E ∽ P/Vd。对于在本申请中，调控钢管的旋转速度，即可调控激光束的扫描速度。因此钢管以指定的速度稳定的旋转是保证激光熔覆质量的重要因素。
本申请是以数控-伺服电机-精密螺杆传动系统调控被四爪卡盘夹持的钢管的旋转速度，其精度达到0.5°/s。实现对钢管旋转速度的稳定的调控。进而保证激光束扫描速度的稳定。
7）送粉系统3：该系统依据待熔覆的合金粉末的特性和熔覆层的厚度要求，与激光熔覆参数（主要是激光功率、激光束直径、光斑大小、激光扫描速度）相配合，并考虑在给定参数条件下粉末沉积率，确定送粉速率(单位时间-每分钟的送粉克数：g/min ），确定送粉器的送粉参数。以稳定的氩气流（稳定的压力和流量）经送粉管路将合金粉末稳定地送至激光头1，保证得到厚度均匀的激光熔覆层。
设置本申请的送粉系统3的送粉参数可单独调控。
8）氩气系统7：该系统调控用于：（1）激光透镜的氩气吹扫-保护：（2）送粉系统3的送粉气流压力-流量的调控、开启与关闭；（3）对激光熔覆熔池的氩气保护。
9）激光头1的冷却：在管的内壁进行激光熔覆，在连续激光熔覆至深度2m时油管外壁的温度达到240℃，激光头1的冷却成为保证激光头1长时稳定工作的关键。
本申请对激光头1加装了水冷罩和气流吹扫相结合的冷却方法。
以上各系统集成-组成顺序集成控制，通过计算机在数显触屏输入各系统工作的相应参数，构成计算机中心控制的大线长管内壁激光熔覆系统。再与熔覆合金相配合实现对直径大于300mm、长度达到12m的油管、套管内壁的耐腐蚀合金层的快速激光熔覆。
具体实施原理：
为实现在12m长的油套管内壁全域进行激光熔覆，本申请设计-构建了长油套管内壁激光熔覆集成控制生产线。该油套管内壁激光熔覆集成控制生产线由以下各部组成：光纤激光器2、光纤+QBH接口、激光头1、激光头行走系统5、工件旋转系统4、送粉系统3、氩气供给系统、水冷却控制系统、PLC组合计算机控制系统组成（参见附图1）
12m长的油套管内壁全域进行激光熔覆方案的确定：
对于长度在12m的油管和套管的内壁激光熔覆，采用掉头熔覆的方式。即先从管的一端（定为A端）开始，向内熔覆至深度达到全管长度的1/2（5.75m±0.25m，到位至C位）；掉头，再从管的另一端（定为B端）向内熔覆至C位，实现对管材内壁8的全域激光熔覆。
坐标定义：定义被熔覆油管或套管的轴向为X向；
在与X向垂直的平面上，上下方向为Z向；
在与X向垂直的平面上，左右方向为Y向。
12m长的油套管内壁全域进行激光熔覆集成数控生产线由以下几部分构成。
1）本申请选定使用输出功率6kW、波长1080nm的多模连续波光纤激光器2。
2）为保证在深度5.75m±0.25m的管材内壁8激光熔覆，本申请配置了长度10m、宽度800mm、高度600mm、床面有可供支架511稳定行走导轨的床身；
3）配置了激光头1伸长杆支架511，通过数控-伺服电机-滚珠丝杠进给系统可使支架511在床身上以确定的速度稳定行走。
4）伸长杆：选用型号为8-800800A材质为6063-T5的铝型材制作伸长杆。该型材的截面惯性为84.45cm3。保证伸长杆有足够的刚性。
伸长杆的长度为6m。利用8-800800A型材的孔和槽安放激光光纤、送粉管、冷却水回路水管、保护气管。
伸长杆的一端固定安装在支架511的立座上。伸长杆的另一端安装激光头支撑装置。
5）本申请实施使用激光束内聚-反射输出同轴送粉激光头1，该激光头1具有以下特点：
由激光器输出的激光；经光纤-QBH接口，进入激光头1，激光束在激光头1内经整束镜-聚焦镜至金属反射镜，按一定角度反射激光束经保护镜片从激光头1输出。
为保证激光头1反射镜片的反射效率较长的使用寿命，反射镜片的表面粗糙度应低于5nm。
6）激光头1喷嘴端部到待熔覆管件内壁表面的距离H的确定：
本申请考虑到快速熔覆的特点，激光头1结构和激光熔覆参数送粉参数，设定激光头1喷嘴端部到管件内壁的距离H=18mm±0.5mm。
7）激光头支撑装置：激光头支撑装置对于保证在激光熔覆过程中激光头1喷嘴端部到管件内壁表面的距离H稳定以及激光头1相对于管的内壁稳定运行具有重要意义。
为此本申请还构建了以被熔覆工件内壁为基准的双滚轮激光头支撑装置（参见附图2）。
在附图2中：L：两滚轮轴间距；RH：滚轮轴心到激光头1喷嘴端部的距离；
H：激光头1喷嘴端部到被熔覆管材内壁8熔覆点的距离。
在被激光熔覆的管材确定（即管的内径确定）后、选定支撑滚轮512直径（本申请用一定规格的滚珠轴承作为滚轮）,确定激光头1喷嘴端部到熔覆管内壁的距离H；即可确定激光头支撑装置的相关尺寸。
本激光头支撑装置的设置旨在解决生产加工的管材难以达到标准的几何圆形，而在本申请中，由于伸长杆较长因此容易产生形变，使得激光头1主要是依赖支撑滚轮512进而在管材内壁8进行贴壁行走，从而实现一个自定心效果。
8）工件旋转系统4：
在本申请中，工件旋转系统4将保证激光内孔熔覆时的激光扫描速度。
本申请是以数控-伺服电机-精密螺杆传动系统调控被四爪卡盘夹持的钢管的旋转速度。该系统保证在25°/s -55°/s的转速范围内，其旋转速度精度达到0.5°/s。实现对钢管旋转速度的稳定的调控。进而保证激光束扫描速度的稳定。
9）送粉系统3：
本申请使用容积5L的转盘定量-载气输送的送粉器。经送粉管路送粉至激光头1。送粉载气为氩气。
10）水冷却系统6：保证对激光器、光缆、激光头1进行充分的冷却。为此选用冷水机。
冷却介质：纯净水。使用冷水机并配有相应的管路，以保证以下冷却要求：
对于6kW激光器：冷却水温24℃±1℃水温，输入压力：4-6Bar，流量：≥52L/min;
对于光缆：冷却水温：10-25℃，进水口压力：4-6Bar，流量：2L/min;
对于激光头1：冷却水温：10-25℃，进水口压力：4-6Bar，流量：8L/min
11）对各工作系统予以集成，PLC总控（参见附图 1），并以触屏数显，以输入并监视各相应工作参数，且显示已熔覆的深度。
12）管内吹风排热：以制冷量3.5kW的冷风机、输送温度为10℃的空气，吹扫管材内孔，以达到在激光熔覆过程中管内吹风排热。有益于减小激光头1受热。有益于保持内孔激光熔覆过程稳定。
在所构建的对339.7油管和473套管内壁按照相应的激光熔覆规范，可得到熔覆层厚度在0.6mm-1.2mm、与钢管材料基体用良好冶金结合的满足质量要求的激光熔覆合金层。
13）应用本油套管内壁全域进行激光熔覆集成数控生产线，在激光扫描速度在110mm/s-140mm/s的范围内，配合相应的激光头1轴向竟给速度、使用符合要求的合金粉，配合相应的送粉量，可得到与管材基体有很好冶金结合、熔覆层厚度在0.6mm-1.2mm、表面形貌均匀的耐腐蚀合金激光熔覆层，达到各项技术指标要求。
需要说明的是，本申请所用术语仅为了描述特定实施例，而非限制本申请范围。如本申请说明书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。术语“包括”、“包含”或其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法或设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或是还包括为这种过程、方法或设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法或设备中还存在另外的相同要素。
还需说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
以上所述的实施例及/或实施方式，仅是用以说明实现本发明技术的较佳实施例及/或实施方式，并非对本发明技术的实施方式作任何形式上的限制，任何本领域技术人员，在不脱离本发明内容所公开的技术手段的范围，当可作些许的更动或修改为其它等效的实施例，但仍应视为与本发明实质相同的技术或实施例。
本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以作出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均应视为本申请的保护范围。
Claims (10)
1.一种12m长油套管的内壁全域激光熔覆系统，其特征在于：包括：
激光器（2），选用输出功率6kW、波长1080nm的多模连续波激光器；
激光头（1），选用激光束内聚-反射输出同轴送粉激光头（1），以使得从安装于支架（511）上的激光头（1）喷嘴输出的高能量密度的激光束在距喷嘴端部15mm-25mm长度的范围内，激光束直径的变化≤0.5mm；
送粉系统（3），用于使熔点在1300℃-1400℃温度范围、粒度在53μm-150μm的球形镍基合金粉末输送至所述激光头（1）并激光熔覆在管件的内壁；
工件旋转系统（4），用于控制待熔覆管件的旋转速度为25°/s -55°/s，旋转速度精度达到0.5°/s，从而控制激光扫描速度；
激光头行走系统（5），用于控制激光头（1）在管件的内部沿轴向移动；
水冷却系统（6），用于对激光器（2）、光缆、激光头（1）进行充分的冷却。
2.如权利要求1所述的一种12m长油套管的内壁全域激光熔覆系统，其特征在于，所述送粉系统（3）选用容积5L的转盘定量-载气输送的送粉器，并通过送粉管路送粉至激光头（1），送粉载气为氩气。
3.根据权利要求1所述的一种12m长油套管的内壁全域激光熔覆系统，其特征在于，所述水冷却系统（6）的冷却介质选用纯净水，冷却参数如下：
对于激光器（2）：冷却水温24℃±1℃水温，输入压力：4-6Bar，
流量：≥52L/min;
对于光纤：冷却水温：10-25℃，进水口压力：4-6Bar，流量：2L/min;
对于激光头（1）：冷却水温：10-25℃，进水口压力：4-6Bar，流量：8L/min。
4.根据权利要求1所述的一种12m长油套管的内壁全域激光熔覆系统，其特征在于，还包括氩气系统（7），所述氩气系统（7）一方面用于提供送粉载气，另一方面用于在激光头（1）开启之前，对激光束内聚-反射输出同轴送粉激光头（1）中的输出镜进行氩气吹扫保护。
5.根据权利要求1所述的一种12m长油套管的内壁全域激光熔覆系统，其特征在于，还包括冷风机，所述冷风机用于在激光熔覆过程中以制冷量3.5kW的、输送温度为10℃的空气吹扫管材内孔，以实现在激光熔覆过程中管内吹风排热。
6.根据权利要求1所述的一种12m长油套管的内壁全域激光熔覆系统，其特征在于，所述激光束内聚焦-反射输出同轴送粉激光头（1）中反射镜片的表面粗糙度低于5nm。
7.根据权利要求1所述的一种12m长油套管的内壁全域激光熔覆系统，其特征在于，所述激光头行走系统（5）包括伸长杆，所述伸长杆的一端通过支架（511）固定在机床台面上的支架支座上，所述伸长杆的另一端安装有用于固定激光头（1）的激光头支撑装置，所述伸长杆通过数控-伺服电机-滚珠丝杠进给系统控制安装有激光头（1）的伸长杆的轴向移动；
其中，激光头支架（511）在激光熔覆过程中保证激光头（1）的喷嘴端部到熔覆管内壁的距离H= f + fh，其中，其中f是激光头（1）送粉的交汇点到喷嘴端部的距离，fh是激光头（1）送粉交汇点到被熔覆管件内壁表面的距离，H=18mm±0.5mm，fh=1.0mm-4.0mm。
8.根据权利要求7所述的一种12m长油套管的内壁全域激光熔覆系统，其特征在于，所述伸长杆选用型号为8-800800A、材质为6063-T5的铝型材。
9.根据权利要求7所述的一种12m长油套管的内壁全域激光熔覆系统，其特征在于，所述激光头支撑装置包括支架（511）、支撑滚轮（512），所述激光头（1）安装在支架（511）上，所述支撑滚轮（512）安装在支架（511）的两端，在熔覆过程中，随着被熔覆管件的旋转，支撑滚轮（512）沿所述管件的内壁移动，实现从激光头输出的激光束的一定速度扫描实现激光熔覆，且通过调控支撑滚轮（512）的直径以及两个支撑滚轮（512）之间的距离可调控H。
10.根据权利要求7所述的一种12m长油套管的内壁全域激光熔覆系统，其特征在于，所述工件旋转系统（4）包括数控机床、设在数控机床上的螺杆传动系统、以及用于控制所述螺杆传动系统的螺杆转动的伺服电机。
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