[其他]一種表面硬化激光處理工藝及裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 86104349
• 申請日: 1986-07-15
• 公開（公告）號(hào): CN86104349A
• 公開（公告）日: 1988-02-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮鐘潮;張炳春;劉承俊;梁勇
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院金屬研究所
• 主分類號(hào): C21D1/09
• 分類號(hào): C21D1/09
• 代理公司: 中國科學(xué)院沈陽專利事務(wù)所
• 代理人: 閔憲智,李紹光

本發(fā)明涉及表面處理領(lǐng)域，尤其適用于長圓筒內(nèi)表面的硬化處理。

長期以來，長圓筒內(nèi)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(nèi)表面的抗原油磨蝕處理一例。目前國內(nèi)外均采用滲碳、淬火、低溫回火或碳氮共滲的工藝來解決其表面硬化問題，由于我國現(xiàn)有表面處理的技術(shù)水平還不能解決長抽油泵筒內(nèi)表面硬化問題，因此只好采用將短筒相接成長筒的方法，這種方法需將許多個(gè)150～300mm以下的短筒接在一起，再用一個(gè)外套筒將這些短筒套住，因而一只油井抽油泵至少需要20多節(jié)短筒和一個(gè)外套筒，而且每個(gè)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復(fù)雜化。生產(chǎn)效率大為降低，也給現(xiàn)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(nèi)表面的硬化處理問題，但是引進(jìn)該項(xiàng)技術(shù)僅設(shè)備費(fèi)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(xiàng)技術(shù)還必須引進(jìn)材料，這不但要花費(fèi)巨額外匯，而且也不利于我國材料的合理開發(fā)使用。

本發(fā)明為解決長圓筒，尤其是長抽油泵筒的內(nèi)表面硬化處理問題，提供一種長圓筒內(nèi)表面激光處理的工藝和裝置。

本發(fā)明的主要特征是將欲處理的長圓筒工件放置在一個(gè)可以產(chǎn)生螺旋運(yùn)動(dòng)的激光裝置上，激光束從單模或低階模CO₂激光器輸出，其激光束全發(fā)散角＜6毫弧度，激光束工作點(diǎn)直徑3～4mm，激光束功率900～1200W，激光處理速度30～50mm/S。輸出的激光束通過與光軸成45°角的反射鏡導(dǎo)入圓筒內(nèi)表面上，同時(shí)由微機(jī)數(shù)控，由步進(jìn)電機(jī)和分瓣齒輪卡具（5）或圖2中空卡盤（5′）組成的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，從而使圓筒的轉(zhuǎn)動(dòng)與球面聚焦反射鏡支承桿（7）的移動(dòng)相配合，產(chǎn)生螺旋面掃描，螺旋處理螺距為2.5～4mm。本裝置可采用兩個(gè)以上的反射鏡，其中最接近于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機(jī)床底座（8）上作直線移動(dòng)的支承座（9）相連接的支承桿（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(jìn)行化學(xué)浸蝕黑化予處理，然后才可進(jìn)行表面硬化激光處理。

下面給出本發(fā)明的實(shí)施例1，其裝置如圖1所示。

由圖1可見激光束從功率為1.5KW低階膜的CO₂激光器（1）中輸出，通過與光軸成45°角的反射鏡（2）導(dǎo)入泵筒（4）內(nèi)，再通過球面反射鏡（3）聚焦到泵筒內(nèi)表面上，由微機(jī)數(shù)控轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，該轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)卡在圓筒上的分瓣齒輪卡具（5）轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使泵筒（4）的轉(zhuǎn)動(dòng)與球面聚焦鏡支承桿（7）的移動(dòng)相配合，產(chǎn)生螺旋面掃描。圖中（6）為轉(zhuǎn)動(dòng)支承座，（8）為機(jī)床底座，（9）為聚焦反射鏡支承桿的支承座。

本裝置可采用不同的工藝條件處理不同材料的長圓筒工件，下面給出不同材料制成的長圓筒工件的處理工藝：

1）欲處理工件：經(jīng)過黑化處理的φ70×2100mm的抽油泵筒

材料????45＃鋼

激光束發(fā)散角????＜6毫弧度

激光束功率????1100W

激光束工作點(diǎn)直徑????3mm

激光處理速度????40mm/S

螺旋掃描螺距????3mm

保護(hù)氣體N₂8升/分

經(jīng)過上述工藝條件處理的長抽油泵筒的內(nèi)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(jīng)黑化處理的φ5.6×300mm的抽油泵筒

材料????20CrMo

激光束發(fā)散角????＜6毫弧度

激光束功率????1200W

光束直徑????3mm

掃描速度????50mm/S

螺旋掃描螺距????2.8mm

保護(hù)氣氛N₂8升/分

經(jīng)上述工藝條件處理的內(nèi)表面硬化層寬3.4mm，層深0.35mm，HV750～950，變形不直度在珩磨公差范圍內(nèi)，耐磨蝕性能提高1.5倍。

3）欲處理工件：經(jīng)黑化處理的φ95×7500mm長抽油泵筒

材料????42CrMo

激光束發(fā)散角????＜6毫弧度

激光束功率????1100W

光束直徑????3mm

掃描速度????40mm/S

螺旋掃描螺距????3mm

保護(hù)氣氛N₂8升/分