激光熔覆之后無(wú)需退火的穿孔頂頭的激光強(qiáng)化工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種穿孔頂頭的激光強(qiáng)化工藝，先在穿孔頂頭基體表面上激光熔覆過(guò)渡合金層，再在過(guò)渡合金層上激光熔覆高強(qiáng)度合金層；所述過(guò)渡合金層采用的合金粉末為鎳基合金，所述高強(qiáng)度合金層采用的合金粉末為鈷基合金。該工藝中過(guò)渡合金層硬度比高強(qiáng)度合金層低，對(duì)高硬度高耐磨性的高強(qiáng)度合金層起過(guò)渡作用，可以很好的緩解堆焊應(yīng)力，使得頂頭即使不預(yù)熱、不退火，殘留的堆焊應(yīng)力也不會(huì)對(duì)激光熔覆層的組織造成很大的影響，從而有效的避免了進(jìn)行退火會(huì)影響熔覆層性能，使得穿孔頂頭表面硬度和耐磨性大幅提高，同時(shí)省去預(yù)熱和退火工藝還提高了生產(chǎn)效率。
【專利說(shuō)明】激光熔覆之后無(wú)需退火的穿孔頂頭的激光強(qiáng)化工藝
[0001]本申請(qǐng)是分案申請(qǐng)，原申請(qǐng)的申請(qǐng)?zhí)?201210248964.9，發(fā)明創(chuàng)造名稱:穿孔頂頭的激光強(qiáng)化工藝，申請(qǐng)日:2012-07-18。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明涉及一種激光熔覆方法，尤其是一種穿孔頂頭表面的激光熔覆方法。
【背景技術(shù)】
[0003]隨著我國(guó)無(wú)縫鋼管出口量的增加，生產(chǎn)無(wú)縫鋼管所使用的備件的消耗量也逐年增大。穿孔頂頭是生產(chǎn)無(wú)縫鋼管的關(guān)鍵工具，穿孔頂頭的質(zhì)量的好壞和使用壽命的長(zhǎng)短對(duì)無(wú)縫鋼管的產(chǎn)量、質(zhì)量和生產(chǎn)成本都有直接的影響。穿孔頂頭在工作時(shí)溫度很高，并承受很大的復(fù)合應(yīng)力，使用中會(huì)出現(xiàn)變形、塌陷、粘鋼、開裂等失效。我國(guó)每年有超過(guò)百萬(wàn)的穿孔頂頭因失效原因而被廢棄掉，并且這個(gè)數(shù)字正以15%以上的速度逐年增長(zhǎng)。如能將這些失效的或新的穿孔頂頭利用激光熔覆技術(shù)對(duì)其表面進(jìn)行處理，每年可節(jié)省材料費(fèi)上億元。
[0004]穿孔頂頭鼻部在工作中承受的溫度、摩擦率、沖擊性最高，是最易磨損的部位。使用激光熔覆技術(shù)在穿孔頂頭鼻部的外表面堆焊一層厚度均勻的耐高溫、耐磨損、高硬度的合金材料，可以使得穿孔頂頭的使用壽命大大提高。目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)穿孔頂頭所采用的激光熔覆技術(shù)，一般是在頂頭外表面堆焊一層高硬度高耐磨性的鎳基合金層或鈷基合金層。例如:中國(guó)專利文獻(xiàn)CN101596551B (申請(qǐng)?zhí)枮?200910088534.3)公開了一種雙合金涂層無(wú)縫鋼管頂頭，在頂頭的鼻部、工作部激光寬帶熔覆鎳基或鈷基合金涂層，在矯直部、平行部激光寬帶熔覆鐵基合金涂層，獲得一種雙合金涂層無(wú)縫鋼管頂頭。該雙合金涂層無(wú)縫鋼管頂頭是在頂頭的不同部位熔覆不同的合金層。
[0005]穿孔頂頭在激光熔覆的過(guò)程中，不可避免的會(huì)產(chǎn)生堆焊應(yīng)力，這些應(yīng)力必須被及時(shí)消除，否則對(duì)激光熔覆層的組織造成致命的破壞?，F(xiàn)有技術(shù)中的穿孔頂頭激光熔覆工藝都必須對(duì)頂頭進(jìn)行預(yù)熱，并在堆焊結(jié)束后進(jìn)行退火，以消除應(yīng)力，不僅工序繁瑣，生產(chǎn)效率慢，還會(huì)使得熔覆層的硬度降低，存在著一定的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種對(duì)穿孔頂頭表面進(jìn)行激光熔覆，激光熔覆之前無(wú)需預(yù)熱，激光熔覆之后無(wú)需退火，可使穿孔頂頭表面硬度和耐磨性大幅提高的穿孔頂頭的激光強(qiáng)化工藝。
[0007]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種穿孔頂頭的激光強(qiáng)化工藝，先在穿孔頂頭基體表面上激光熔覆過(guò)渡合金層，再在過(guò)渡合金層上激光熔覆高強(qiáng)度合金層；所述過(guò)渡合金層米用的合金粉末為鎳基合金，所述高強(qiáng)度合金層米用的合金粉末為鈷基合金。
[0008]為了使得過(guò)渡合金層能夠更好的緩解激光熔覆過(guò)程中所產(chǎn)生的堆焊應(yīng)力，一種優(yōu)選的技術(shù)方案是:上述鎳基合金的組分及重量百分比含量是c<0.03%, Cr:15%至19%，B:
0.8%至1.2%, S1:2%至2.5%，其余為Ni。合金粉末嚴(yán)格控制了 C的含量，使其不大于0.03%,有利于提高熔覆層的潤(rùn)濕性，防止在熔覆過(guò)程中產(chǎn)生裂紋和氣孔；同時(shí)合金粉末中通過(guò)添加適量的B、Si使合金在凝固后形成以?shī)W氏體為主的基體；另外適量的Cr元素對(duì)鎳基合金進(jìn)行了合金強(qiáng)化。過(guò)渡合金層在高溫下雖然硬度小于高強(qiáng)度合金層，但是依然具有良好的焊接特性和力學(xué)性能。
[0009]為了使得高強(qiáng)度合金層在高溫下具有更高的硬度和耐磨性，一種優(yōu)選的技術(shù)方案是:上述鈷基合金的組分及重量百分比含量是C≤0.1%，Cr:19%至21%，B:1.5%至2.5%，S1:1.5% 至 2.5%, W:5.5% 至 6.5%, T1:0.5% 至 1.5%, Al:3% 至 5%，其余為 Co。合金粉末嚴(yán)格控制了 C的含量，使其不大于0.1%，有利于提高熔覆層的潤(rùn)濕性，防止在熔覆過(guò)程中產(chǎn)生裂紋和氣孔；同時(shí)合金粉末中通過(guò)添加適量的B、Si使合金在凝固后形成以?shī)W氏體為主的基體；另外適量的Cr、W、T1、Al元素對(duì)鈷基合金進(jìn)行了合金強(qiáng)化，并起抗氧化作用，使得高強(qiáng)度合金層在高溫下的硬度、耐磨性和焊接特性大幅提升。
[0010]為了避免激光熔覆過(guò)程中熱量在頂頭鼻部尖端集中，一種優(yōu)選的技術(shù)方案是:采用分段式激光熔覆方法，自穿孔頂頭的鼻部尖端起，從前至后逐段進(jìn)行熔覆。采用這種方法可以使得激光熔覆過(guò)程中所產(chǎn)生的堆焊應(yīng)力更加分散，達(dá)到應(yīng)力平衡，從而進(jìn)一步保證即使不預(yù)熱、不退火，堆焊應(yīng)力也不會(huì)影響熔覆層的性能。
[0011]為了更好的消除激光熔覆過(guò)程中所產(chǎn)生的堆焊應(yīng)力，一種優(yōu)選的技術(shù)方案是:在激光熔覆過(guò)程中，對(duì)穿孔頂頭進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效處理。采用這種在應(yīng)力產(chǎn)生時(shí)就及時(shí)將其分散甚至消除的方法，可以有效的消除部分堆焊應(yīng)力，從而更進(jìn)一步保證即使不預(yù)熱、不退火，堆焊應(yīng)力也不會(huì)影響熔覆層的性能。
[0012]為了保證熔覆層的性能，更好的消除堆焊應(yīng)力，一種優(yōu)選的技術(shù)方案是:激光熔覆采用預(yù)置送粉的方式，以快速橫流二氧化碳激光器為光源對(duì)穿孔頂頭進(jìn)行連續(xù)螺旋進(jìn)給搭接掃描；激光功率為1500W至1900W，標(biāo)高為260mm至275mm，光斑尺寸為IOmmXl.8mm，掃描速度為110mm/min至140mm/min,搭接量為6.5mm,送粉量為12g/min至18g/min。采用寬帶激光束，有助于提高工作的效率；采用預(yù)置送粉的方式，嚴(yán)格控制送粉量，并對(duì)激光功率、掃描速度、搭接量等進(jìn)行了優(yōu)化，可以使得穿孔定頭的變形量小，熔覆層與基體的熔合率高、結(jié)合緊密，熔覆層的組織均勻性好、厚度和硬度均勻。
[0013]為了使得穿孔頂頭獲得更好的強(qiáng)化效果，并且保證強(qiáng)化后穿孔頂頭的質(zhì)量，一種優(yōu)選的技術(shù)方案是:在激光熔覆前，對(duì)穿孔頂頭的表面進(jìn)行預(yù)處理；在激光熔覆后，對(duì)穿孔頂頭進(jìn)行檢測(cè)。
[0014]本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明的穿孔頂頭的激光強(qiáng)化工藝先在基體上先激光熔覆一層過(guò)渡合金層，再在過(guò)渡合金層上激光熔覆一層高強(qiáng)度合金層，過(guò)渡合金層硬度比高強(qiáng)度合金層低，對(duì)高硬度高耐磨性的高強(qiáng)度合金層起過(guò)渡作用，可以很好的緩解堆焊應(yīng)力。該工藝使得頂頭即使不預(yù)熱、不退火，殘留的堆焊應(yīng)力也不會(huì)對(duì)激光熔覆層的組織造成很大的影響，從而有效的避免了進(jìn)行退火會(huì)影響熔覆層性能，使得穿孔頂頭表面硬度和耐磨性大幅提高，硬度可達(dá)58至62HRC，同時(shí)省去預(yù)熱和退火工藝還提高了生產(chǎn)效率。該工藝使得穿孔頂頭使用壽命更長(zhǎng)，也可用于穿孔頂頭失效修復(fù)，有利于節(jié)約材料及資源，有利于降低無(wú)縫鋼管生產(chǎn)成本，有利于減少?gòu)U棄穿孔頂頭對(duì)環(huán)境的污染，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益?！揪唧w實(shí)施方式】
[0015]本實(shí)施例的穿孔頂頭的激光強(qiáng)化工藝的具體步驟如下:
A.對(duì)穿孔頂頭的表面進(jìn)行預(yù)處理。
[0016]將穿孔頂頭上的灰塵、油污、銹蝕等清除；檢測(cè)各部位的尺寸；并進(jìn)行清洗。
[0017]B.對(duì)穿孔頂頭的表面進(jìn)行激光熔覆。
[0018]采用分段式激光熔覆方法，自穿孔頂頭的鼻部尖端起，從前至后(頂頭鼻部尖端為前端，頂頭外徑最大處為后端)逐段對(duì)穿孔頂頭的表面進(jìn)行激光熔覆。先在穿孔頂頭基體表面上熔覆一層過(guò)渡合金層，再在過(guò)渡合金層上熔覆一層高強(qiáng)度合金層。在激光熔覆過(guò)程中，不停地用銅棒敲擊穿孔頂頭，使得穿孔頂頭振動(dòng)從而消除焊接應(yīng)力。
[0019]激光熔覆采用預(yù)置送粉的方式，以快速橫流二氧化碳激光器為光源對(duì)穿孔頂頭進(jìn)行連續(xù)螺旋進(jìn)給搭接掃描。激光功率為1700W，標(biāo)高(即激光器離作用物之間的距離，標(biāo)高=焦距+離焦量)為270mm,光斑尺寸為IOmmXl.8mm,掃描速度為120mm/min,搭接量為6.5mm,送粉量為15g/min。過(guò)渡合金層所采用的合金粉末為鎳基合金，其組分及重量百分比含量是C:0.03%, Cr:17%, B:1%，S1:2.2%，其余為Ni。高強(qiáng)度合金層所采用的合金粉末為鈷基合金，其組分及重量百分比含量是C:0.1%，Cr:20%, B:2%，S1:2%，W:6%，T1:1%，Al:4%，其余為Co。[0020]C.激光熔覆結(jié)束后，對(duì)穿孔頂頭進(jìn)行檢測(cè)。
[0021]檢測(cè)表面硬度；檢測(cè)變形量；按照?qǐng)D紙的要求對(duì)穿孔頂頭表面進(jìn)行機(jī)械加工；進(jìn)行滲透探傷，檢測(cè)是否有氣孔、夾渣、裂痕等影響頂頭機(jī)械性能的缺陷；進(jìn)行校驗(yàn)，檢驗(yàn)質(zhì)量是否合格。
[0022]顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而這些屬于本發(fā)明的精神所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。
【權(quán)利要求】
1.一種穿孔頂頭的激光強(qiáng)化工藝，其特征在于:先在穿孔頂頭基體表面上激光熔覆過(guò)渡合金層，再在過(guò)渡合金層上激光熔覆高強(qiáng)度合金層；所述過(guò)渡合金層采用的合金粉末為鎳基合金，所述高強(qiáng)度合金層米用的合金粉末為鈷基合金； 所述鎳基合金的組分及重量百分比含量是C = 0.03%, Cr:15%至19%，B:0.8%至.1.2%, Si:2% 至 2.5%，其余為 Ni ； 所述鈷基合金的組分及重量百分比含量是C = 0.1%，Cr:19%至21%，B:1.5%至.2.5%, Si:1.5% 至 2.5%, W:5.5% 至 6.5%, Ti:0.5% 至 1.5%, Al:3% 至 5%，其余為 Co ； 激光熔覆采用預(yù)置送粉的方式，以快速橫流二氧化碳激光器為光源對(duì)穿孔頂頭進(jìn)行連續(xù)螺旋進(jìn)給搭接掃描；激光功率為1500W至1900W，標(biāo)高為260mm至275mm，光斑尺寸為IOmm X 1.8mm,掃描速度為11Omm/miη至140mm/min,搭接量為6.5mm,送粉量為12g/min至18g/min; 在激光熔覆前，對(duì)穿孔頂頭的表面進(jìn)行預(yù)處理；在激光熔覆后，對(duì)穿孔頂頭進(jìn)行檢測(cè)。
【文檔編號(hào)】C22C19/05GK103572281SQ201310537031
【公開日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2012年7月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月18日
【發(fā)明者】鄧琦林 申請(qǐng)人:蔣春花