[發明專利]穿孔頂頭的激光強化工藝

有效

• 申請號: 201210248964.9
• 申請日: 2012-07-18
• 公開（公告）號: CN102732878A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 鄧琦林;何建方
• 申請（專利權）人: 丹陽宏圖激光科技有限公司
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;C22C19/05;C22C19/07
• 代理公司: 南京同澤專利事務所(特殊普通合伙) 32245
• 代理人: 蔣全強

技術領域

本發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

隨著我國無縫鋼管出口量的增加，生產無縫鋼管所使用的備件的消耗量也逐年增大。穿孔頂頭是生產無縫鋼管的關鍵工具，穿孔頂頭的質量的好壞和使用壽命的長短對無縫鋼管的產量、質量和生產成本都有直接的影響。穿孔頂頭在工作時溫度很高，并承受很大的復合應力，使用中會出現變形、塌陷、粘鋼、開裂等失效。我國每年有超過百萬的穿孔頂頭因失效原因而被廢棄掉，并且這個數字正以15%以上的速度逐年增長。如能將這些失效的或新的穿孔頂頭利用激光熔覆技術對其表面進行處理，每年可節省材料費上億元。

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，國內外針對穿孔頂頭所采用的激光熔覆技術，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：中國專利文獻CN101596551B（申請號為：200910088534.3）公開了一種雙合金涂層無縫鋼管頂頭，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縫鋼管頂頭。該雙合金涂層無縫鋼管頂頭是在頂頭的不同部位熔覆不同的合金層。

穿孔頂頭在激光熔覆的過程中，不可避免的會產生堆焊應力，這些應力必須被及時消除，否則對激光熔覆層的組織造成致命的破壞。現有技術中的穿孔頂頭激光熔覆工藝都必須對頂頭進行預熱，并在堆焊結束后進行退火，以消除應力，不僅工序繁瑣，生產效率慢，還會使得熔覆層的硬度降低，存在著一定的問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種對穿孔頂頭表面進行激光熔覆，激光熔覆之前無需預熱，激光熔覆之后無需退火，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化工藝。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種穿孔頂頭的激光強化工藝，先在穿孔頂頭基體表面上激光熔覆過渡合金層，再在過渡合金層上激光熔覆高強度合金層；所述過渡合金層采用的合金粉末為鎳基合金，所述高強度合金層采用的合金粉末為鈷基合金。

為了使得過渡合金層能夠更好的緩解激光熔覆過程中所產生的堆焊應力，一種優選的技術方案是：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%，Si：2%至2.5%，其余為Ni。合金粉末嚴格控制了C的含量，使其不大于0.03%，有利于提高熔覆層的潤濕性，防止在熔覆過程中產生裂紋和氣孔；同時合金粉末中通過添加適量的B、Si使合金在凝固后形成以奧氏體為主的基體；另外適量的Cr元素對鎳基合金進行了合金強化。過渡合金層在高溫下雖然硬度小于高強度合金層，但是依然具有良好的焊接特性和力學性能。

為了使得高強度合金層在高溫下具有更高的硬度和耐磨性，一種優選的技術方案是：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%，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。合金粉末嚴格控制了C的含量，使其不大于0.1%，有利于提高熔覆層的潤濕性，防止在熔覆過程中產生裂紋和氣孔；同時合金粉末中通過添加適量的B、Si使合金在凝固后形成以奧氏體為主的基體；另外適量的Cr、W、Ti、Al元素對鈷基合金進行了合金強化，并起抗氧化作用,使得高強度合金層在高溫下的硬度、耐磨性和焊接特性大幅提升。

為了避免激光熔覆過程中熱量在頂頭鼻部尖端集中，一種優選的技術方案是：采用分段式激光熔覆方法，自穿孔頂頭的鼻部尖端起，從前至后逐段進行熔覆。采用這種方法可以使得激光熔覆過程中所產生的堆焊應力更加分散，達到應力平衡，從而進一步保證即使不預熱、不退火，堆焊應力也不會影響熔覆層的性能。

為了更好的消除激光熔覆過程中所產生的堆焊應力，一種優選的技術方案是：在激光熔覆過程中，對穿孔頂頭進行振動時效處理。采用這種在應力產生時就及時將其分散甚至消除的方法，可以有效的消除部分堆焊應力，從而更進一步保證即使不預熱、不退火，堆焊應力也不會影響熔覆層的性能。