[发明专利]一种激光熔覆具有三层金属的复合管材的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属管材的制造，特别是涉及一种激光熔覆具有三层金属的复合管材的制造方法，属于激光熔覆技术领域。

背景技术

金属管材的使用非常广泛，在机械、石油、化工、冶金、医疗、轻工等各个领域都有广泛应用。其中一些管材在使用时管内外的工作环境并不相同，要求管内外壁具有不同的性能如磨损、抗腐蚀、耐热等。而金属管材一般都采用一种材料制造，很难同时保证管内外的性能在不同工作环境下的要求。从而造成来了管材寿命的降低和资源的浪费。

由于此种情况的存在，目前存在两种解决方法：一种方法主要是采用热处理，电镀，喷涂等方法对管材内外的表面进行不同性能的强化处理。而这些方法往往提高的性能幅度不大，提高过程中引入其他缺陷，影响其提高性能效果。处理后的管材表面在一定的外界条件做用下容易发生变性，不能达到稳定强化效果；另一种方法是应用多金属制造复合管材，这种方法既能在管内外达到不同性能特殊要求如耐腐蚀、耐磨损、耐热等，同时也能够达提高管材寿命的目的。这种方法得到的性能更优越、稳定。

制造复合管材的目前方法主要包括以下几种：冷成型法、热成型法、爆炸焊成型法、堆焊成型法等方法。冷成型制造工艺的基本特征是将预加工好的一种管套入另一种管中，然后通过机械方法如用拉拔、胀接、旋压和滚压等方法使一种金属管紧紧贴合在另一种金属壁上。缺点是机械结合，为界面非扩散结合，如果遭遇高温就有分层倾向，复合管会因应力释放而失效；热成型制造工艺包括热轧和热挤压两种方法。其中热轧复合实质上属于压力焊，如果变形量足够大，轧辊施加的压力就会破坏金属表面的氧化膜，使表面达到原子接触，从而使两表面焊在一起。缺点是很多金属不能使用次方法。而热挤压一般是针对双金属管坯进行挤压的方法。挤压前的复合层制造方法有三种：由锻造坯料通过热刺孔和放大挤压获得或直接离心旋铸。缺点是由于结合决定于挤压过程中极短时间内的元素界面扩散，通常会因氧化物膜的存在而受到影响：爆炸焊是依靠炸药爆炸产生连接金属所需的压力，使两搭接表面实现固相焊接的方法。该方法的主要缺点是，对尺寸较长的复合管炸药量很难准确确定，而且具有一定的危险性。堆焊是用熔焊、钎焊、热喷涂、喷熔等方法。在工件表面堆敷一层具有特定性能材料的工艺过程。缺点是热影响区较大，对机械零件强度的影响较大。

因此，选择适当的多金属制造复合管材的工艺，是所属领域当前亟待解决的课题。

激光熔覆技术是利用大功率激光束聚集能量极高的特点，瞬间将被加工件表面微熔，同时使零件表面预置或与激光束同步自动送置的合金粉完全熔化，获得与基体结合的致密覆层，形成一种新型的复合材料或恢复工件原设计尺寸形态和表面涂层强化的性能。激光熔覆层与基体为冶金结合，结合强度高、基体热影响区极小，激光加工后热变形极小。

激光成型就是利用激光反复熔覆，在基材管内外壁表面制备不同新的材料，并与基体管形成冶金结合的制造技术。

目前，关于利用激光熔覆工艺制备设备部件的专利和报道很多：例如，

公开号为CN101205598的中国发明专利申请给出的《一种沉没辊轴套及其制造方法》，由不锈钢基体1和钴基激光熔覆层2两部分组成，钴基激光熔覆层2覆盖在不锈钢基体1之上，其制造方法，如下：1.加工不锈钢基体1；2.机械加工；3.激光熔覆，在不锈钢基体1外圆上，先熔覆打底层，再熔覆功能层；激光熔覆工艺参数为：激光功率3000～5000W，光斑直径为2～5MM，扫描速度2～10MM/S；4.机械加工至设计尺寸。

公开号为CN 1932079的中国发明专利申请给出的《一种冶金热轧辊表面激光纳米陶瓷合金化工艺》，其特征在于它包括以下工艺过程：(1)机加工轧辊去掉表面疲劳层，得到所需尺寸和形状，然后对激光将要辐照处理的一面进行研磨，去油污和适当的清洗；(2)用酚醛树脂粘接剂将纳米碳化物陶瓷涂料混合均匀，然后均匀地涂在预处理后的轧辊表面，预涂厚度为0.01～0.05MM，然后风干；(3)选用高功率CO₂激光器对轧辊外表面预涂的纳米陶瓷涂料层进行快速扫描；工艺参数如下：激光功率P＝1000～10000W，扫描速度V＝1.5～20M/MIN，搭接率为15～35％，光斑直径为D＝0.6～5MM。