超特高压线路工具激光成型方法 |
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| 申请号 | CN201710804126.8 | 申请日 | 2017-09-08 | 公开(公告)号 | CN107486522A | 公开(公告)日 | 2017-12-19 |
| 申请人 | 国网湖北省电力公司检修公司; | 发明人 | 刘继承; 王星超; 张珣; 刘春堂; 胡洪炜; 李明; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及超特高压线路工具激光成型方法。所述成型方法包括以下步骤：清洗材料表面；预热 工作台 ；放置 钛 合金 ；激光照射；锻压轮碾压；成型试件；试件冷却。本发明采用激光融化特殊金属材料纤丝，微层融覆，性能优于淬火工艺，易于操作，成本很低，逐层淬火工艺提高机械性能，结晶颗粒细化；本发明通入保护气体，保护结构不被 氧 化，并与能够在成型中融入微量元素；本发明解决普通激光融覆技术机械性能不能优于 锻造 件的 缺陷 ，金属在融化冷却过程中进行碾平锻压；本发明针对各区域选择不同的扫描方法，有效避免了因热量集中引起的应 力 变形 与开裂问题，可控程度高，适于推广和应用。 | ||||||
| 权利要求 | 1.超特高压线路工具激光成型方法，其特征在于，所述成型方法包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 超特高压线路工具激光成型方法技术领域[0001] 本发明属于零件制造技术领域，特别涉及一种超特高压线路工具激光成型方法。 背景技术[0002] 1960年世界上第一台激光器诞生后，激光随之被广泛应用于各行各业，特别是在工业领域取得极大发展。激光技术是涉及到光、机、电、材料及检测等多门学科的一门综合技术，利用激光束与物质的相互作用，可以对材料进行切割、焊接、表面处理、打孔和微加工。 [0003] 钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金强度高、耐蚀性好、耐热性高。20世纪50～60年代，主要是发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金。70年代开发出一批耐蚀钛合金，80年代以来，耐蚀钛合金和高强钛合金得到进一步发展。钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。 [0004] 目前，激光快速成形作为一种新型的成形技术具有制造过程柔性程度高、制件的力学性能和化学性能优异、可实现组分连续变化的梯度功能材料的制造、产品的尺寸大小和复杂程度对加工难度影响很小等特点。钛合金大多采用粉末冶金成形，这种成形工艺需要昂贵的工装模具、工艺过程复杂，难以成形三维结构复杂的零件。因此，开发钛合金的先进成形技术已成为研究热点之一。因此，激光快速成形技术在钛合金成型中具有广阔的应用前景 [0005] 在带电作业过程中，存在大量工器具特种工器具的使用需求。对工器具要求，质量轻。结构高于普通钢结构件，多采用铝合金，钛合金来制造。原来工艺采用铸造，锻造加工。钛合金因具有比强度高、耐蚀性好、耐热性高、易焊接等特点而被广泛用于航空、制作假体装置等生物材料。然而，由于钛合金具有冷萃性，切熔点低，加工难度大。另外，钛及钛合金的表面硬度较低，化学活性较大。 [0006] 钛合金结构件激光快速成型过程极其复杂，其中涉及到激光与钛合金粉末相互反应、液相烧结、传热、冷凝等，零件在激光成型过程中经历的高能激光束的长期周期性剧烈加热和冷却。钛合金成形金属零件过程中还存在球化、裂纹、变形、翘曲、脱层等瓶颈问题亟待国内外学者的解决。故针对目前现有技术中存在的上述缺陷，实有必要进行研究，以提供一种方案，解决现有技术中存在的缺陷。 发明内容[0007] 为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了超特高压线路工具激光成型方法，提高了经济效益，改善了作业环境，保护作业人员身体健康，能最大程度的实现降尘作用。 [0008] 为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：超特高压线路工具激光成型方法，所述成型方法包括以下步骤： [0011] 步骤三：放置钛合金；根据工具实际的需求量，在线路工器具基体上放置钛合金复合纤丝； [0012] 步骤四：激光照射；使用激光器输出的单束激光束照射钛合金材料的表面，激光束在钛合金材料上与表面呈30-60度的角度照射； [0013] 步骤五：锻压轮碾压；激光照射时，采用锻压轮沿着激光束照射的轨迹同时进行碾压； [0014] 步骤六：成型试件；不断调整线路工器具基体的工作台面的高度，重复步骤四和步骤五，直至工具被碾压成型； [0015] 步骤七：试件冷却；取出成型的钛合金零件，立即进行冷却处理。 [0017] 作为本发明的一种优选实施方式，所述激光照射开始前以每分钟4-6升的流量通入保护气体；所述的保护气体既可以是氮气、氢气或氩气的单一成分，也可是其中任意两者的混合。 [0018] 作为本发明的一种优选实施方式，所述试件冷却分阶段进行冷却处理：第一阶段，在试件成型后，每小时冷却100-120℃，直至冷却到800℃左右，保持30-50分钟；第二阶段，每小时冷却120-160℃，直至冷却到500℃左右，保持50-70分钟；第三阶段，每小时冷却140-180℃，直至冷却至常温。 [0019] 作为本发明的一种优选实施方式，所述激光照射时，激光束在钛合金材料上，采用横向条纹形、竖向条纹形或棋盘形照射。 [0020] 作为本发明的一种优选实施方式，所述清洗材料表面是将钛合金放置于无水乙醇中进行超声清洗。 [0021] 本发明的有益效果为： [0022] 1、本发明采用激光融化特殊金属材料纤丝，微层融覆，性能优于淬火工艺，易于操作，成本很低。逐层淬火工艺提高机械性能，结晶颗粒细化。 [0024] 3、本发明解决普通激光融覆技术机械性能不能优于锻造件的缺陷。金属在融化冷却过程中进行碾平锻压。一次性解决融覆锻压，微成型技术。 [0027] 图1为超特高压线路工具激光成型方法流程图； 具体实施方式[0028] 为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。 [0029] 请参阅图1，本发明提供一种技术方案：超特高压线路工具激光成型方法，所述成型方法包括以下步骤： [0030] 步骤一：清洗材料表面；先将钛合金超声清洗4-8分钟，取出后再用蒸馏水冲洗去除表面的无水乙醇，放置在空气中干燥备用； [0031] 步骤二：预热工作台；将线路工器具基体的工作台面调整到合适的高度，预热工作台至1000～1600℃； [0032] 步骤三：放置钛合金；根据工具实际的需求量，在线路工器具基体上放置钛合金复合纤丝； [0033] 步骤四：激光照射；使用激光器输出的单束激光束照射钛合金材料的表面，激光束在钛合金材料上与表面呈30-60度的角度照射； [0034] 步骤五：锻压轮碾压；激光照射时，采用锻压轮沿着激光束照射的轨迹同时进行碾压； [0035] 步骤六：成型试件；不断调整线路工器具基体的工作台面的高度，重复步骤四和步骤五，直至工具被碾压成型； [0036] 步骤七：试件冷却；取出成型的钛合金零件，立即进行冷却处理。 [0037] 作为本发明的一种优选实施方式，所述激光照射时激光频率为10赫兹，激光与材料表面的作用时间为100个脉冲，设计激光的扫描速度为100-300mm/s，烧结温度为1400-2100℃。 [0038] 作为本发明的一种优选实施方式，所述激光照射开始前以每分钟4-6升的流量通入保护气体；所述的保护气体既可以是氮气、氢气或氩气的单一成分，也可是其中任意两者的混合。 [0039] 作为本发明的一种优选实施方式，所述试件冷却分阶段进行冷却处理：第一阶段，在试件成型后，每小时冷却100-120℃，直至冷却到800℃左右，保持30-50分钟；第二阶段，每小时冷却120-160℃，直至冷却到500℃左右，保持50-70分钟；第三阶段，每小时冷却140-180℃，直至冷却至常温。 [0040] 作为本发明的一种优选实施方式，所述激光照射时，激光束在钛合金材料上，采用横向条纹形、竖向条纹形或棋盘形照射。 [0041] 作为本发明的一种优选实施方式，所述清洗材料表面是将钛合金放置于无水乙醇中进行超声清洗。 [0042] 以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。 [0043] 此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。 |
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