一种抽油杆接箍的高速激光熔覆耐磨防腐层工艺及设备

技术领域

本发明涉及抽油杆接箍加工领域，具体为一种抽油杆接箍的高速激光熔覆耐磨防腐层工艺及设备。

背景技术

在原油开采中，抽油杆在井下工作时做持续的往复运动或旋转运动。在运动中，连接抽油杆的接箍因其外径较大，不可避免要与其外侧的油管产生摩擦磨损。为了避免抽油杆接箍过度磨损导致抽油杆脱扣，通常使用喷焊镍合金接箍提高接箍的使用寿命。

传统的接箍喷焊工艺，首先要将接箍外表面进行抛丸处理，然后置于电加热炉中预热，穿成串后再在外表面用火焰喷涂工艺预喷涂合金粉，最后利用高频感应加热的方式，将接箍整体加热到1100℃左右，使合金粉与接箍基体融为一体，达到冶金结合。这种工艺中抛丸、预热、预喷涂合金粉、感应重熔工序需要在四台设备上完成，流程繁琐。电炉预热时，接箍批量置于炉膛中，分次少量取出，频繁开关炉门及部分接箍长时间留置炉中，造成能源浪费。接箍感应重熔时，不管所需熔覆层的厚度多少，都需要将接箍整体加热到1100℃左右，同样造成能源浪费。

另外，传统的接箍喷焊工艺，用火焰喷涂工艺预喷涂合金粉，由于喷枪所喷出的合金粉为圆锥状的发散态，到达杆体的合金粉上粉率低；感应重熔时用电磁感应加热设备熔融合金粉层，因为感应圈的移动靠人工控制，不是匀速的，不能很好的控制防腐耐磨层厚度的均匀性，为了保证感应重熔后有效层厚度，只能人为地增加预喷涂合金粉的厚度，合金粉有效利用率低。

同时合金粉整体熔融过程中，端面尖角处由于感应温度高，造成喷焊层收缩，容易产生不合格品。

因此，使用绿色环保的节能新型设备、装置，提高合金粉利用率，简化并优化工艺流程，成为行业内的迫切需要。

为此，我们设计了一种抽油杆接箍的高速激光熔覆耐磨防腐层生产工艺及设备用来解决上述所出现的问题。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种抽油杆接箍的高速激光熔覆耐磨防腐层工艺及设备，有效的解决了目前的田径运动员的腿部力量训练装置在运动员训练时运动员不能按照自身的状态对训练强度进行调节，不能进入一个好的训练状态，同时对于不同腿部长度的使用者训练时，较为不便，不利于使用的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：本发明采用如下工艺方案：

1)清理——去除接箍内外表面的油污等杂质；

2)预热——接箍本体预热至指定温度；

3)激光熔覆——使用高能激光束，在接箍外圆表面熔覆防腐耐磨合金层；

优选的，所述生产工艺第一步“清理”，包括去油、干燥处理，具体工艺如下：

将粗加工好的抽油杆接箍放入超声清洗设备中清洗5～10min，去除基体表面机加工过程中的油污；清洗后，用干燥的压缩空气吹干。

优选的，所述生产工艺第二步“预热”，具体工艺如下：

设置旋转轴转速60r/min；设置输出电流20～40A；用电磁感应圈对接箍一端开始进行预热；设置红外感应探头的感应温度180～220℃，当接箍此处预热温度达到红外感应探头设置的温度时，滑台带动接箍轴向自动移动，预热下一位置，直至完成整个接箍的预热。

优选的，所述生产工艺第三步“激光熔覆”，具体工艺如下：

(1)加工程序编制：设置驱动轴转速15～35r/min，编制螺距为1～2mm螺旋线加工程序。

(2)合金粉烘干：将合金粉盛装于干净的金属托盘中，粉末堆积厚度不大于5mm。金属托盘置于电加热箱中，180～200℃烘干10mim。取出后，立即加入送粉器中。

(3)接箍装夹：驱动轴安装主动顶尖，机床尾座夹持从动顶尖。预热好的接箍，装夹于加工机床首尾顶尖之间。尾座光轴采用气缸控制运动，便于快速装卸接箍。

(4)激光熔覆：调整同轴送粉嘴与接箍表面的距离20～30mm；设置激光器出光功率3～4kW；启动送粉器，设置送粉速率20～40g/min；启动预定程序控制接箍的运动，进行合金粉熔覆。

为实现上述工艺方案，本发明采用如下设备、装置：

(1)超声波清洗设备：清洗接箍基体机加过程中携带的油污。

(2)电磁感应加热设备：预热接箍基体，防止熔覆过程外热内冷产生熔覆层裂纹。

(3)带同轴送粉嘴的高速激光加工设备：承载接箍基体并按预定程序做出运动轨迹；产生高能激光束，将接箍基体表层熔融，产生微熔池；同轴送粉嘴将合金粉送入熔池，冷却后形成熔覆层。

有益效果：与相关技术相比较，本发明提供的一种抽油杆接箍的高速激光熔覆耐磨防腐层生产工艺及设备具有如下有益效果：

1、激光熔覆过程直接将粉末熔融于接箍表面，省掉了传统喷焊工艺的前置工序——抛丸、合金粉预喷涂工序。

2、使用电磁感应加热设备预热接箍，能量集中、加热迅速，能耗低。用红外感应开关控制预热温度易于实现自动化。而传统喷焊工艺预热接箍使用大型电炉，分次少量取出、频繁开关炉门及部分接箍长时间留置炉中，能耗高。

3、高能激光束能量集中，只需很小的能量输入，就能在接箍基体表面形成微熔池，可以实现高速加工，高效低耗。而传统感应重熔需要将接箍整体加热到1100℃左右，才能使表面合金粉呈现熔融状态，能耗高。

4、可以通过调节激光器功率、光斑大小、送粉量、接箍运动速度等参数，控制熔覆层厚度，合金粉利用率高，并且熔覆层厚度均匀。而传统喷焊接箍的合金层厚度，只能靠前置工序的预喷涂合金粉厚度控制，受人为因素影响大，误差大，合金粉利用率低，且感应重熔过程易造成厚度不均和端面缺陷。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明加工设备整体布置示意图；

图2是本发明电磁感应加热设备示意图；

图3是本发明带同轴送粉嘴的高速激光加工设备示意图；

图中标号：1、超声波清洗设备；2、电磁感应加热设备；2.1、旋转轴；2.2、电磁感应圈；2.3、红外感应探头；2.4、滑台；3、高速激光加工设备；3.1、控制台；3.2、驱动轴；3.3、送粉器；3.4、尾座光轴；3.5、气缸；3.6、同轴送粉嘴。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明所述抽油杆接箍的耐磨防腐工艺的具体工艺流程为：清理——预热——激光熔覆。本发明所述工艺利用高能激光束，在接箍基体表面形成微熔池，自熔合金粉末通过送粉器，注入熔池熔融，与基体形成冶金结合，形成具有一定厚度的防腐耐磨层。该工艺配套使用的主要设备包括：超声波清洗设备、电磁感应加热设备、带同轴送粉嘴的激光加工设备。通过以上工艺及设备，可以在接箍表面快速形成一层致密的冶金结合的防腐耐磨层。

实施例一，本发明提供由图1给出，一种抽油杆接箍的高速激光熔覆耐磨防腐层加工设备，包括：超声波清洗设备1、电磁感应加热设备2和高速激光加工设备3。

所述电磁感应加热设备2包括旋转轴2.1、电磁感应圈2.2、红外感应探头2.3和滑台2.4，电磁感应加热设备2的顶部设置有滑台2.4，滑台2.4上对称安装有两个旋转轴2.1，电磁感应加热设备2一侧的顶部安装有位于旋转轴2.1轴心的电磁感应圈2.2，电磁感应圈2.2的上方安装有红外感应探头2.3，旋转轴2.1上设置有夹持工装。

所述高速激光加工设备3包括控制台3.1、驱动轴3.2、送粉器3.3、尾座光轴3.4、气缸3.5和同轴送粉嘴3.6，所述高速激光加工设备3的一侧设置有控制台3.1，高速激光加工设备3的顶部设置有滑台，滑台顶端的一侧安装有驱动轴3.2，高速激光加工设备3靠近一端的一侧安装有送粉器3.3，滑台顶端的另一侧安装有尾座光轴3.4，尾座光轴3.4的一侧安装有气缸3.5，送粉器3.3一侧的高速激光加工设备3上安装有同轴送粉嘴3.6。

实施例二

一种抽油杆接箍的高速激光熔覆耐磨防腐层生产工艺及设备，利用实施例1所述设备装置，包括以下步骤：

(1)将粗加工好的抽油杆接箍放入超声波清洗设备1中清洗5min，去除基体表面机加工过程中的油污。取出后，用干燥的压缩空气吹干。

(2)在电磁感应加热设备2上，设置旋转轴2.1转速60r/min，电流20A，设置红外感应探头2.3的感应温度200℃，用电磁感应圈2.2对接箍进行自动预热。

(3)设置驱动轴3.2转速15r/min，编制螺距为2mm螺旋线加工程序。

(4)将合金粉盛装于干净的金属托盘中，粉末堆积厚度约5mm。金属托盘置于电加热箱中，180℃烘干10mim。取出后，立即加入送粉器3.3中。

(5)驱动轴安装主动顶尖，机床尾座安装从动顶尖。预热好的接箍，装夹于两顶尖之间。尾座光轴采用气缸控制运动。

(6)调整同轴送粉嘴与接箍表面的距离20mm，设置激光器出光功率3kW，启动送粉器，设置送粉速度30g/min，按预定程序进行合金粉熔覆。

实施例三

一种抽油杆接箍的高速激光熔覆耐磨防腐层生产工艺及设备，利用实施例1所述设备装置，包括以下步骤：

(1)将粗加工好的抽油杆接箍放入超声波清洗设备1中清洗5min，去除基体表面机加工过程中的油污。取出后，用干燥的压缩空气吹干。

(2)在电磁感应加热设备2上，设置旋转轴2.1转速60r/min，电流20A，设置红外感应探头2.3的感应温度200℃，用电磁感应圈2.2对接箍进行自动预热。

(3)设置驱动轴3.2转速25r/min，编制螺距为1.5mm螺旋线加工程序。

(4)将合金粉盛装于干净的金属托盘中，粉末堆积厚度约5mm。金属托盘置于电加热箱中，180℃烘干10mim。取出后，立即加入送粉器3.3中。

(5)驱动轴安装主动顶尖，机床尾座安装从动顶尖。预热好的接箍，装夹于两顶尖之间。尾座光轴采用气缸控制运动。

(6)调整同轴送粉嘴与接箍表面的距离20mm，设置激光器出光功率3.5kW，启动送粉器，设置送粉速度30g/min，按预定程序进行合金粉熔覆。

实施例四

一种抽油杆接箍的高速激光熔覆耐磨防腐层生产工艺及设备，利用实施例1所述设备装置，包括以下步骤：

(1)将粗加工好的抽油杆接箍放入超声波清洗设备1中清洗5min，去除基体表面机加工过程中的油污。取出后，用干燥的压缩空气吹干。

(2)在电磁感应加热设备2上，设置旋转轴2.1转速60r/min，电流20A，设置红外感应探头2.3的感应温度200℃，用电磁感应圈2.2对接箍进行自动预热。

(3)设置驱动轴3.2转速35r/min，编制螺距为1mm螺旋线加工程序。

(4)将合金粉盛装于干净的金属托盘中，粉末堆积厚度约5mm。金属托盘置于电加热箱中，180℃烘干10mim。取出后，立即加入送粉器3.3中。

(5)驱动轴安装主动顶尖，机床尾座安装从动顶尖。预热好的接箍，装夹于两顶尖之间。尾座光轴采用气缸控制运动。

(6)调整同轴送粉嘴与接箍表面的距离20mm，设置激光器出光功率4kW，启动送粉器，设置送粉速度30g/min，按预定程序进行合金粉熔覆。

实验例一

将上述实施例2～4加工的防腐耐磨接箍进行检验，具体试验方法为：

防腐耐磨层硬度检验，按GB/T 4340.1《金属材料维氏硬度试验第1部分：试验方法》执行。

防腐耐磨层厚度检验，通过游标卡尺测量激光熔覆(或传统喷焊)前后接箍外径差，从而确定厚度。

粉末利用率，通过接箍激光熔覆(或传统喷焊)前后质量差，以及送粉器粉末实际用量，计算得出。

表面质量目测，并通过着色渗透探伤剂检测有无针孔、裂纹等缺陷。

比较结果见表1。

表1试验比较(以25小井眼为试验对象，

有益效果：由此可见，本发明提供的一种抽油杆接箍的高速激光熔覆耐磨防腐层生产工艺及设备改变了传统喷焊接箍生产工艺流程繁琐、设备功耗高、合金粉利用率低的现状，简化了流程、节约了成本。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。