[发明专利]一种无缝钢管穿孔顶头的激光熔覆制造方法

说明书

技术领域

本发明属于激光加工技术领域，特别涉及一种无缝钢管穿孔顶头的激光熔覆制造方法。

背景技术

目前我国无缝钢管生产飞速发展，穿孔顶头是无缝钢管生产的主要工具之一，因其工作环境具有高温、剧烈冲击、冷热交变剧烈等特点，同时其精度要求又较高，对无缝钢管的成型质量具有重大影响，所以一般都采用H13、P110、T22、T91等高档合金钢制造，价格十分昂贵，而受工作环境影响，寿命不高同时损坏后无法修复，导致生产成本的提高，同时消耗大量的稀有贵重金属及能源。所以目前急需要一种有效的解决方案。

目前，国内及国际上有关提高顶头使用性能的方法围绕下述方向:

1．选用较好的穿孔顶头材料。目前，国内外制备顶头的材料一般选用H13、P110、T22、T91等高档合金钢；

2．采用表面原子束沉积，包括电子束蒸发、磁控溅射等多种PVD技术或通过高能离子注入在钢基体中制备WC梯度层技术；

3．公开号为CN101519778A的中国发明专利采用激光在穿孔顶头表面制备WC陶瓷颗粒增强Co基复合涂层，该技术虽然是近年来的新兴技术可以提高顶头的使用性能，延长使用寿命，但还仅仅是停留在激光修复及强化的初级阶段，目前还无法解决穿孔顶头基体生产中对稀有贵重金属的浪费问题。

综上所述，已有的穿孔顶头强化技术，在制备成本及使用性能方面仍难以满足实际使用的需要，生产中急需一种既能降低生产成本同时又能满足其使用性能的方法。而本发明给出的方法可解决上述问题。目前该方法国内、外既无先例，也没有见到相关报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无缝钢管穿孔顶头的激光熔覆制造方法，以便解决穿孔顶头基体生产中对稀有贵重金属的浪费问题，既能降低生产成本同时又能满足其使用性能。

本发明利用激光熔覆的工艺手段的独特优点和碳化钨硬质合金熔覆层的高耐磨性能，从而使利用15CrMo代替H13、P110、T22、T91等高档合金钢来制造无缝钢管穿孔顶头成为可能。

采取的技术方案：

一种无缝钢管穿孔顶头的激光熔覆制造方法，其特征在于包括以下工艺过程：

(1)穿孔顶头基体制造

使用15CrMo代替原H13、P110、T22、T91等高档合金钢通过铸造方式制造穿孔顶头基体，预留出激光熔覆所需的工作层厚度，常温下对其表面的油污和锈层进行清理，以保证涂层与基体结合强度；用着色探伤法对工件加工部位进行检验，要求加工部位无裂纹、气孔、夹杂等缺陷。

之所以选择15CrMo是因为其化学成分和力学性能上的优势：

1）化学成分重量百分比：碳0.12-0.18%、硅0.17-0.37%、锰0.40-0.70%、磷和硫均小于0.030%、铬0.8-1.1%、钼0.4-0.55%，其余为铁及不可避免的杂质，成分中只有钼为稀有昂贵金属，但其含量极少，成本较低。而且其成分碳含量较少、碳当量较低有益于激光熔覆加工；

2）15CrMo为珠光体型热强钢，高温下其抗拉强度不低于450MPa。适合于穿孔顶头的使用环境。

 (2) 碳化钨硬质合金激光熔覆材料的配制

A、钴基+镍基合金为粘接相的化学成分(重量百分比)：

碳0.08-0.3%、硅2.5-3.5%、硼1.5-2.5%、铬2-6%、铁2-6%、其余为钴+镍及不可避免的杂质，

B、碳化钨特征

球状铸造碳化钨，粒度45-60um，

C、比例

球状铸造碳化钨重量百分比数为30%-80%；钴基+镍基合金为粘接相重量百分比数为20%-70%。

按上述材料及配比范围进行配制，并在混粉器进行混合4小时以上。

 (3)WC硬质合金粉末激光熔覆

选用多功能数控激光加工系统，采用同步送粉装置将WC硬质合金粉末自动送入激光熔池，穿孔顶头按设定转速V1=V/【3.14*（d+nL）】旋转，高功率聚焦激光束和自动送粉头沿着穿孔顶头锥面方向按给定速度V2=V1*D*(1-T)进给，在穿孔顶头表面形成均匀致密的激光熔覆层。其中V为熔覆参数中的扫描速度；d为激光加工初始部位的外圆直径；n为从开始熔覆时算起穿孔顶头旋转的转数，初始为0，每旋转一周n增加1；L为每旋转一周熔覆位置直径的变量；D为熔覆参数中的光斑直径；T为熔覆参数中的搭接率；V1的单位为转/min，V2的单位为mm/min。

熔覆工艺参数如下：

聚焦镜f= 300～400mm，

激光功率P＝3000～5000W，