一種用于穿孔頂頭表面的激光熔覆方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于穿孔頂頭表面的激光熔覆方法：該激光熔覆方法包括：（a）預(yù)制合金粉末（b）頂頭表面預(yù)處理。（c）根據(jù)穿孔頂頭自身形狀以及對鋼管進(jìn)行機(jī)加工過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，將預(yù)制的合金粉末在穿孔頂頭表面迅速熔化，形成一層合金熔覆層，并同時對激光熔覆區(qū)域進(jìn)行同步惰性氣體保護(hù)。（d）對激光熔覆后的穿孔頂頭進(jìn)行后期機(jī)加工。激光熔覆后的穿孔頂頭具有如下優(yōu)點：1提高了穿孔頂頭表面金屬的致密性。2提高了穿孔頂頭的韌性，強(qiáng)度，耐熱性和抗氧化性。3延長了穿孔頂頭的使用壽命。
【專利說明】一種用于穿孔頂頭表面的激光熔覆方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于激光加工制造領(lǐng)域，特別涉及一種用于穿孔頂頭表面的激光熔覆方法。
【背景技術(shù)】
[0002]激光具有高亮度、高方向性、高單色性、高相干性的特點，現(xiàn)在正被越來越多的領(lǐng)域所使用，激光熔覆就是表面處理技術(shù)中的一種。概括的說，激光熔覆的原理就是利用高能激光束照射金屬材料表面，基材表面被迅速融化，液態(tài)的金屬形成一個小規(guī)模的熔池，同時填注新的粉末材料，在這個熔池中，原本的金屬材料與被添加的粉末相互混合，形成一層新的液態(tài)金屬層。待激光光束經(jīng)過以后，液態(tài)金屬層迅速冷卻由此在金屬表面形成一層固態(tài)的熔覆層。激光熔覆可及大的改變該關(guān)鍵部位的金屬性能，如硬度、耐磨性、耐熱性、抗腐蝕性等。
[0003]穿孔頂頭是無縫鋼管生產(chǎn)中的關(guān)鍵工具，其質(zhì)量的好壞，使用壽命的長短直接影響鋼管生產(chǎn)的產(chǎn)量、質(zhì)量和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，頂頭在工作時，溫度在1000°c左右，不僅要承受強(qiáng)大的軸向壓力，而且要克服與毛管內(nèi)壁之間產(chǎn)生的強(qiáng)大變形摩擦力。在生產(chǎn)過程中易產(chǎn)生變形，開裂等問題，因此，要求其具有良好的耐磨性和抗高溫氧化性，以滿足惡劣的生產(chǎn)使用條件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種用于穿孔頂頭表面的激光熔覆方法，熔覆后的穿孔頂頭具有較高的韌性，強(qiáng)度，耐熱性和抗氧化性，大大`提高了穿孔頂頭的使用壽命。
[0005]為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
a.預(yù)制合金粉末；
b.頂頭表面預(yù)處理；
c.根據(jù)穿孔頂頭自身形狀以及對鋼管進(jìn)行機(jī)加工過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，將預(yù)制的合金粉末在穿孔頂頭表面迅速熔化，形成一層合金熔覆層，并同時對激光熔覆區(qū)域進(jìn)行同步惰性氣體保護(hù)；
d.對熔覆后的穿孔頂頭進(jìn)行后續(xù)處理。
[0006]作為一種優(yōu)選方案，所述的粉末為鎳基金屬陶瓷合金粉末，按重量百分比計包含:10-11% 碳化硅，0.2-0.5% 碳，4-5% 氟化鈣，1-3% 氮化硅，1.5-1.8% 釩，2-4% 硅，6-7% 鐵，17-19%鑰，15-16%鉻，余量為鎳。
[0007]作為一種優(yōu)選方案，所述的表面預(yù)處理是指去除頂頭表面銹跡、油污及雜質(zhì)等。
[0008]作為一種優(yōu)選方案，所述由于穿孔頂頭由四個部分組成:鼻部，穿孔錐，輾軋錐，反向錐，考慮到其本身四個面不在同一平面，穿孔頂頭工作時。受到的軸向壓力和摩擦力，激光束采用螺旋運行方式的加工走向。激光束的位置，參數(shù)，以及運動軌跡根據(jù)每個熔覆面的不同做出相應(yīng)調(diào)整，激光束與四個被加工面的夾角為80-85°作為一種優(yōu)選方案，所述的激光發(fā)生器參數(shù)選用范圍，激光功率為2000-4000W，激光掃描寬度為2-6mm，激光掃描速度為5-12mm / s，送粉量為10_20g / min.激光搭接率為30-60%.作為一種優(yōu)選方案，所述的熔覆層厚度為0.5-3mm。
[0009]作為一種優(yōu)選方案,所述的惰性氣體為氮氣或者氬氣。
[0010]作為一種優(yōu)選方案，所述的所述的步驟d中后續(xù)處理包括對工件尺寸或者表面精度未符合設(shè)計要求的部位進(jìn)行后期機(jī)加工
采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明的有益效果是:
1、通過本發(fā)明激光熔覆后的穿孔頂頭，內(nèi)部組織優(yōu)良，無氣泡，氣孔，裂紋等缺陷。
[0011]2、通過本發(fā)明激光熔覆后的穿孔頂頭，，韌性，強(qiáng)度，耐熱性和抗氧化性都大大提高了
3、通過本發(fā)明，大大降低了生產(chǎn)成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明 圖1為本發(fā)明的示意圖。
[0013]附圖中所標(biāo)注的序列號含義如下:
L穿孔頂頭；L1鼻部；L2穿孔錐；L3輾軋錐；L4反向錐；L5待加工表面。
【具體實施方式】
[0014]下面通過具`體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明 實施例1
一種用于穿孔頂頭表面的激光熔覆方法，包括以下步驟:
a、預(yù)制合金粉末，所述的粉末為鎳基金屬陶瓷合金粉末，優(yōu)選配比為:包含10%碳化娃，0.2%碳，4%氟化鈣，1%氮化硅，1.5%銀，2%娃，6%鐵，17%鑰，15%鉻，余量為鎳；
b、頂頭表面預(yù)處理，去除頂頭表面銹跡、油污及雜質(zhì)等，獲得清潔表面；
C、將穿孔頂頭夾在三爪卡盤上并保持勻速緩慢轉(zhuǎn)動，首先對三個面激光熔覆，如圖:即L5，確保激光束到三個面的距離一致，激光束與三個熔覆面的夾角為80°.激光器的功率為2000W，激光掃描寬度為2mm ;運動方向為同步軸向移動，激光運行方式采用螺旋式的加工走向，掃描速度為5mm / S。液態(tài)金屬層在空氣中迅速冷卻，形成一層合金熔覆層，熔覆層厚度為0.5mm，送粉量為IOg / min.激光搭接率為30%.同時在熔覆過程中選用氮氣對熔覆區(qū)域進(jìn)行保護(hù)；
激光束在反向錐表面的加工走向也為單道次螺旋式進(jìn)給運動，如圖:即L4.三爪卡盤保持勻速緩慢轉(zhuǎn)動，激光束與碾軋錐的表面夾角為80° 。激光器的功率為2000W，激光掃描寬度為2mm。運動方向為同步軸向移動，掃描速度為5mm / S。熔覆層厚度為0.5mm，送粉量為IOg / min.激光搭接率為30%.同時在熔覆過程中選用氮氣對熔覆區(qū)域進(jìn)行保護(hù)；
d、將熔覆后的穿孔頂頭表面進(jìn)行后期處理，包括打磨，拋光。然后進(jìn)行金相分析，穿孔頂頭的內(nèi)部組織優(yōu)良，無氣泡，氣孔，裂紋等缺陷。激光熔覆后的穿孔頂頭表面，韌性，強(qiáng)度，耐熱性和抗氧化性都大大提高了實施例2
a、一種用于穿孔頂頭表面的激光熔覆方法，包括以下步驟:
預(yù)制合金粉末，所述的粉末為鎳基金屬陶瓷合金粉末，優(yōu)選配比為:包含11%碳化娃，
0.5%碳，5%氟化鈣，3%氮化硅，1.8%銀，4%娃，7%鐵，19%鑰，16%鉻，余量為鎳；
b、頂頭表面預(yù)處理，去除頂頭表面銹跡、油污及雜質(zhì)等，獲得清潔表面；
C、將穿孔頂頭夾在三爪卡盤上并保持勻速緩慢轉(zhuǎn)動，首先對三個面激光熔覆，如圖:即L5,確保激光束到三個面的距離一致，激光束與三個熔覆面的夾角為85°.激光器的功率為4000W，激光掃描寬度為6mm。運動方向為同步軸向移動，激光運行方式采用螺旋式的加工走向，掃描速度為/ S。液態(tài)金屬層在空氣中迅速冷卻,形成一層合金熔覆層,送粉量為20g / min.熔覆層厚度為3mm，激光搭接率為60%.同時在熔覆過程中選用氮氣對熔覆區(qū)域進(jìn)行保護(hù)；
激光束在反向錐表面的加工走向也為單道次螺旋式進(jìn)給運動，如圖:即L4，三爪卡盤保持勻速緩慢轉(zhuǎn)動，激光束與碾軋錐的表面夾角為85° 。激光器的功率為4000W，激光掃描寬度為6mm。運動方向為同步軸向移動，掃描速度為12mm / S。送粉量為20g / min.熔覆層厚度為3mm，激光搭接率為60%.同時在熔覆過程中選用氮氣對熔覆區(qū)域進(jìn)行保護(hù)
d.將熔覆后的穿孔頂頭表面進(jìn)行后期處理，包括打磨，拋光。然后進(jìn)行金相分析，穿孔頂頭的內(nèi)部組織優(yōu)良，無氣泡，氣孔，裂紋等缺陷。激光熔覆后的穿孔頂頭表面，韌性，強(qiáng)度，耐熱性和抗氧化性都大大提高了。
[0015]以上所述的實施例僅為本發(fā)明的`優(yōu)選方案，并不用于限制本發(fā)明，對于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明在上述所說的基礎(chǔ)上，可以有各種更改和變化。在此無法對所有實施方式進(jìn)行一一列舉。凡在本發(fā)明原則之內(nèi)，或者由本發(fā)明的精神所引申出的顯而易見的變動均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于穿孔頂頭表面的激光熔覆方法，所述的方法如下: a.預(yù)制合金粉末； b.頂頭表面預(yù)處理； c.根據(jù)穿孔頂頭自身形狀以及對鋼管進(jìn)行機(jī)加工過程中承受力的方向不同，控制激光束的加工走向； 采用同軸送粉方式，將預(yù)制的合金粉末在穿孔頂頭表面迅速熔凝，形成一層合金熔覆層，并同時對激光熔覆區(qū)域進(jìn)行同步惰性氣體保護(hù)； d.對熔覆后的穿孔頂頭進(jìn)行后期機(jī)加工處理。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于穿孔頂頭表面的激光熔覆方法，其特征a在于:所述的粉末為鎳基金屬陶瓷合金粉末，按重量百分比計包含:10-11%碳化硅，0.2-0.5%碳，4-5%氟化鈣，1-3%氮化硅，1.5-1.8%釩，2-4%硅，6-7%鐵，17-19%鑰，15-16%鉻，余量為鎳。
3.如權(quán)利要求1所述的一種用于穿孔頂頭表面的激光熔覆方法，其特征b在于:去除頂頭表面銹跡、油污及雜質(zhì)等。
4.如權(quán)利要求1所述的一種用于穿孔頂頭表面的激光熔覆方法，其特征在于:所述的步驟c中由于穿孔頂頭由四個部分組成，鼻部、穿孔錐、輾軋錐、反向錐，考慮到其本身四個面不在同一平面，穿孔頂頭工作時； 受到的軸向壓力和摩擦力，激光束采用螺旋運行方式的加工走向； 激光束的位置，參數(shù)，以及運動軌跡根據(jù)每個熔覆面的不同做出相應(yīng)調(diào)整，激光束與四個被加工面的夾角為80-85°。
5.如權(quán)利要求1所述的一種用于穿孔頂頭表面的激光熔覆方法，其特征在于:所述的激光發(fā)生器參數(shù)選用范圍，激光功率為2000-4000W，激光掃描寬度為2-6mm，激光掃描速度為5-12mm / s，送粉量為10_20g / min.激光搭接率為30-60%。
6.如權(quán)利要求1所述的一種用于穿孔頂頭表面的激光熔覆方法，其特征在于:所述的熔覆層厚度為0.5-3mm。
7.如權(quán)利要求1所述的一種用于穿孔頂頭表面的激光熔覆方法，其特征在于:所述的惰性氣體為氮氣或者氬氣。
8.如權(quán)利要求1所述的一種用于穿孔頂頭表面的激光熔覆方法，其特征在于:所述的步驟d中后續(xù)處理包括對工件尺寸或者表面精度未符合設(shè)計要求的部位進(jìn)行后期機(jī)加工。
【文檔編號】C23C24/10GK103498148SQ201310396988
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月5日
【發(fā)明者】錢志強(qiáng) 申請人:江蘇翌煜能源科技發(fā)展有限公司