專(zhuān)利名稱(chēng):一種表面硬化激光處理工藝及裝置的制作方法
本發(fā)明涉及表面處理領(lǐng)域，尤其適用于長(zhǎng)圓筒內(nèi)表面的硬化處理。
長(zhǎng)期以來(lái)，長(zhǎng)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(guó)內(nèi)外均采用滲碳、淬火、低溫回火或碳氮共滲的工藝來(lái)解決其表面硬化問(wèn)題，由于我國(guó)現(xiàn)有表面處理的技術(shù)水平還不能解決長(zhǎng)抽油泵筒內(nèi)表面硬化問(wèn)題，因此只好采用將短筒相接成長(zhǎng)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(duì)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(chǎng)安裝和維修帶來(lái)了極大的不便。雖然美國(guó)已通過(guò)碳氮共滲方法解決了對(duì)長(zhǎng)抽油泵筒內(nèi)表面的硬化處理問(wèn)題，但是引進(jìn)該項(xiàng)技術(shù)僅設(shè)備費(fèi)就需100多萬(wàn)美元，另外還需建造具有能處理長(zhǎng)圓筒的熱處理爐的車(chē)間，不僅如此，購(gòu)買(mǎi)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(guó)材料的合理開(kāi)發(fā)使用。
本發(fā)明為解決長(zhǎng)圓筒，尤其是長(zhǎng)抽油泵筒的內(nèi)表面硬化處理問(wèn)題，提供一種長(zhǎng)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(zhǎng)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?；虻碗A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(guò)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(pán)(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(zhǎng)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(jiàn)激光束從功率為1.5KW低階膜的CO2激光器(1)中輸出，通過(guò)與光軸成45°角的反射鏡(2)導(dǎo)入泵筒(4)內(nèi)，再通過(guò)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(zhǎng)圓筒工件，下面給出不同材料制成的長(zhǎng)圓筒工件的處理工藝1)欲處理工件經(jīng)過(guò)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(guò)上述工藝條件處理的長(zhǎng)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(zhǎng)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/分經(jīng)上述工藝條件處理后內(nèi)表面硬化層深0.3mm，寬3.5mm，HV650～850，變形不直度在珩磨公差范圍內(nèi)，耐磨蝕性能提高1.4倍。
綜上所述可以看出，本發(fā)明較之國(guó)內(nèi)外已有的長(zhǎng)圓筒內(nèi)表面硬化處理方法，不僅硬化效果好，而且還具有設(shè)備、工藝簡(jiǎn)單，節(jié)約能等優(yōu)點(diǎn)，為硬化處理長(zhǎng)圓筒內(nèi)表面提供了理想的裝置和處理工藝。
權(quán)利要求
1.一種長(zhǎng)圓筒內(nèi)表面硬化處理工藝，其特征在于首先將欲處理的長(zhǎng)圓筒進(jìn)行化學(xué)浸蝕黑化處理，再采用下述工藝參數(shù)進(jìn)行激光處理激光束發(fā)散角 ＜6毫弧度激光束功率 900～1200W激光束工作點(diǎn)直徑 3～4mm激光處理速度 30～50mm/S螺旋處理螺距 3～4mm
2.一種專(zhuān)用于權(quán)利要求
1所述的長(zhǎng)圓筒內(nèi)表面硬化處理工藝的裝置，它由單?；虻碗A模CO2激光器，反射鏡等組成，其特征在于a)它具有由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)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(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu);b)具有兩個(gè)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。
3.按照權(quán)利要求
2所述的長(zhǎng)圓筒內(nèi)表面處理裝置，其特征在于筒體轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)還可以由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和卡在圓筒的端部一中空卡盤(pán)(5)所組成。
專(zhuān)利摘要
一種表面硬化激光處理工藝及裝置，其主要特征是將長(zhǎng)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，激光束由單?；虻碗A模CO
文檔編號(hào)C21D9/08GK86104349SQ86104349
公開(kāi)日1988年2月3日 申請(qǐng)日期1986年7月15日
發(fā)明者馮鐘潮, 張炳春, 劉承俊, 梁勇 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan