一種表面硬化雷射處理工藝及裝置的製作方法

2023-06-14 15:42:36 1

專利名稱:一種表面硬化雷射處理工藝及裝置的製作方法
本發明涉及表面處理領域，尤其適用於長圓筒內表面的硬化處理。
長期以來，長圓筒內表面的硬化處理一直未得到合理解決，在此僅舉抽油泵筒內表面的抗原油磨蝕處理一例。目前國內外均採用滲碳、淬火、低溫回火或碳氮共滲的工藝來解決其表面硬化問題，由於我國現有表面處理的技術水平還不能解決長抽油泵筒內表面硬化問題，因此只好採用將短筒相接成長筒的方法，這種方法需將許多個150～300mm以下的短筒接在一起，再用一個外套筒將這些短筒套住，因而一隻油井抽油泵至少需要20多節短筒和一個外套筒，而且每個套筒之間的對中精度要求得很高，這就必然地使得工藝變得複雜化。生產效率大為降低，也給現場安裝和維修帶來了極大的不便。雖然美國已通過碳氮共滲方法解決了對長抽油泵筒內表面的硬化處理問題，但是引進該項技術僅設備費就需100多萬美元，另外還需建造具有能處理長圓筒的熱處理爐的車間，不僅如此，購買該項技術還必須引進材料，這不但要花費巨額外匯，而且也不利於我國材料的合理開發使用。
本發明為解決長圓筒，尤其是長抽油泵筒的內表面硬化處理問題，提供一種長圓筒內表面雷射處理的工藝和裝置。
本發明的主要特徵是將欲處理的長圓筒工件放置在一個可以產生螺旋運動的雷射裝置上，雷射束從單模或低階模CO2雷射器輸出，其雷射束全發散角＜6毫弧度，雷射束工作點直徑3～4mm，雷射束功率900～1200W，雷射處理速度30～50mm/S。輸出的雷射束通過與光軸成45°角的反射鏡導入圓筒內表面上，同時由微機數控，由步進電機和分瓣齒輪卡具(5)或圖2中空卡盤(5′)組成的轉動機構，從而使圓筒的轉動與球面聚焦反射鏡支承杆(7)的移動相配合，產生螺旋面掃描，螺旋處理螺距為2.5～4mm。本裝置可採用兩個以上的反射鏡，其中最接近於球面聚焦反射鏡的終端反射鏡(2)和球面聚焦反射鏡(3)反向平行，而球面聚焦反射鏡安置在與可在工具機底座(8)上作直線移動的支承座(9)相連接的支承杆(7)上。另外在使用本裝置處理之前，欲處理的長圓筒必須首先進行化學浸蝕黑化予處理，然後才可進行表面硬化雷射處理。
下面給出本發明的實施例1，其裝置如圖1所示。
由圖1可見雷射束從功率為1.5KW低階膜的CO2雷射器(1)中輸出，通過與光軸成45°角的反射鏡(2)導入泵筒(4)內，再通過球面反射鏡(3)聚焦到泵筒內表面上，由微機數控轉動機構，該轉動機構中的步進電機帶動卡在圓筒上的分瓣齒輪卡具(5)轉動，從而使泵筒(4)的轉動與球面聚焦鏡支承杆(7)的移動相配合，產生螺旋面掃描。圖中(6)為轉動支承座，(8)為工具機底座，(9)為聚焦反射鏡支承杆的支承座。
本裝置可採用不同的工藝條件處理不同材料的長圓筒工件，下面給出不同材料製成的長圓筒工件的處理工藝1)欲處理工件經過黑化處理的φ70×2100mm的抽油泵筒材料 45＃鋼雷射束髮散角 ＜6毫弧度雷射束功率 1100W雷射束工作點直徑 3mm雷射處理速度 40mm/S螺旋掃描螺距 3mm保護氣體N28升/分經過上述工藝條件處理的長抽油泵筒的內表面硬化層寬3.5mm，層深0.35mm，HV780，變形不直度＜0.015mm/100mm，耐磨蝕性能提高1.6倍。
2)欲處理工件經黑化處理的φ5.6×300mm的抽油泵筒材料 20CrMo雷射束髮散角 ＜6毫弧度雷射束功率 1200W光束直徑 3mm掃描速度 50mm/S螺旋掃描螺距 2.8mm保護氣氛N28升/分經上述工藝條件處理的內表面硬化層寬3.4mm，層深0.35mm，HV750～950，變形不直度在珩磨公差範圍內，耐磨蝕性能提高1.5倍。
3)欲處理工件經黑化處理的φ95×7500mm長抽油泵筒材料 42CrMo雷射束髮散角 ＜6毫弧度雷射束功率 1100W光束直徑 3mm掃描速度 40mm/S螺旋掃描螺距 3mm保護氣氛N28升/分經上述工藝條件處理後內表面硬化層深0.3mm，寬3.5mm，HV650～850，變形不直度在珩磨公差範圍內，耐磨蝕性能提高1.4倍。
綜上所述可以看出，本發明較之國內外已有的長圓筒內表面硬化處理方法，不僅硬化效果好，而且還具有設備、工藝簡單，節約能等優點，為硬化處理長圓筒內表面提供了理想的裝置和處理工藝。
權利要求
1.一種長圓筒內表面硬化處理工藝，其特徵在於首先將欲處理的長圓筒進行化學浸蝕黑化處理，再採用下述工藝參數進行雷射處理雷射束髮散角 ＜6毫弧度雷射束功率 900～1200W雷射束工作點直徑 3～4mm雷射處理速度 30～50mm/S螺旋處理螺距 3～4mm
2.一種專用於權利要求
1所述的長圓筒內表面硬化處理工藝的裝置，它由單模或低階模CO2雷射器，反射鏡等組成，其特徵在於a)它具有由步進電動機和卡在被處理圓筒外徑上的分瓣齒輪卡具(5)組成的筒體轉動機構;b)具有兩個以上的反射鏡，其中終端反射鏡(2)和球面聚焦反射鏡(3)反向平行;c)球面聚焦反射鏡安置在與可在工具機底座(8)上作直線移動的支承座(9)相連接的支承杆(7)上。
3.按照權利要求
2所述的長圓筒內表面處理裝置，其特徵在於筒體轉動機構還可以由步進電動機和卡在圓筒的端部一中空卡盤(5)所組成。
專利摘要
一種表面硬化雷射處理工藝及裝置，其主要特徵是將長圓筒工件放置在一個可以產生螺旋運動的雷射裝置上，雷射束由單模或低階模CO
文檔編號C21D9/08GK86104349SQ86104349
公開日1988年2月3日 申請日期1986年7月15日
發明者馮鍾潮, 張炳春, 劉承俊, 梁勇 申請人:中國科學院金屬研究所導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan