本發(fā)明涉及激光表面加工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于旋挖齒錐形面強(qiáng)化的激光微織構(gòu)工藝方法。
背景技術(shù)：
隨著我國橋梁、道路、鐵路等基礎(chǔ)工程建設(shè)的不斷開展，旋挖鉆機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛，在一些地質(zhì)情況較為嚴(yán)苛的地區(qū)，工程中經(jīng)常遇到比較硬的基巖地層、大的漂石層及硬質(zhì)永凍土層，使得施工作業(yè)對旋挖齒耐磨度和鉆削效率的要求越來越高。
為在錐形面獲得較高的耐磨性，目前常用的方法是在端部基材表面熔覆高硬度耐磨層，但由于熔覆層本身具有較大的脆性，且在熔覆過程中會(huì)產(chǎn)生較大的熱輸入，使得基材內(nèi)部存在應(yīng)力積累，在實(shí)際施工過程中又經(jīng)常受到來自巖體的擠壓和沖擊，熔覆層很容易剝落甚至導(dǎo)致整體斷裂，因此，需要提出一種新的截齒錐形面表面處理方法，在錐形面達(dá)到較高硬度的同時(shí)，保持基材的良好韌性，延長旋挖齒的使用壽命。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的在于提出一種工藝簡單，節(jié)能環(huán)保，可提高旋挖齒錐形面耐磨性，同時(shí)保持整體韌性的旋挖齒錐形面強(qiáng)化方法，本發(fā)明主要是利用激光微織構(gòu)技術(shù)強(qiáng)化旋挖齒錐形面。
一種用于旋挖齒錐形面強(qiáng)化的激光微織構(gòu)工藝方法，其具體包括以下步驟：
s1：表面清潔：室溫下對旋挖齒錐形面表面進(jìn)行除油除銹，并利用酒精清洗干凈；
s2：速度設(shè)計(jì)：將步驟s1中清潔過的旋挖齒座固定在激光加工機(jī)床上，通過卡盤帶動(dòng)旋挖齒座旋轉(zhuǎn)，卡盤旋轉(zhuǎn)與激光頭x線性軸的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)配合運(yùn)動(dòng)，根據(jù)微凹坑的陣列方式調(diào)整卡盤轉(zhuǎn)速和激光頭的進(jìn)給速度；
微凹坑的陣列方式可為多道環(huán)形，螺旋線形，等距彌散點(diǎn)陣等形式：
當(dāng)陣列方式為多道環(huán)形時(shí)，環(huán)形數(shù)量為n，每道環(huán)形掃描時(shí)的卡盤旋轉(zhuǎn)速度為a，激光脈沖頻率為h，激光頭x軸進(jìn)給速度為零，完成單道環(huán)形掃描后，激光頭x軸移動(dòng)距離為b，b＝(1～5)a/h。如此循環(huán)n次直到完成所有環(huán)形掃描；
當(dāng)陣列方式為螺旋線形時(shí)，卡盤與激光頭同時(shí)移動(dòng)，卡盤旋轉(zhuǎn)速度為a，激光脈沖頻率為h，激光頭x軸進(jìn)給速度為d，且d＝(1～5)a/h；
當(dāng)陣列方式為等距彌散點(diǎn)陣時(shí)，應(yīng)保證卡盤完成一個(gè)圓周運(yùn)動(dòng)后，微凹坑間距c與激光頭x軸移動(dòng)距離b相等。
s3：激光照射：對步驟s2中固定好的旋挖齒使用激光器，在旋挖齒表面形成微凹坑，激光功率密度為103～108w/mm2，激光器的輸出波長為177nm～15000nm；
s4：自然冷卻：關(guān)閉脈沖激光束，待光束停止作用后，冷卻，該冷卻過程為自然冷卻，冷卻后每個(gè)微凹坑直徑為1μm～100μm；
s5：成型：在旋挖齒表面形成微凹坑陣列，完成制備。
本發(fā)明具有如下有益效果：
1、本發(fā)明利用激光束高能量密度，方向高度集中的特性，在較低成本材料表面形成具有一定排列方式的微凹坑陣列，每個(gè)微凹坑處的硬度相比基材有明顯提升，凹坑周邊的微凸起可起到一定的耐磨作用。
2、本發(fā)明微凹坑周邊的基材保持良好的組織韌性，與微凹坑處的高硬度相間分布，可在保證旋挖齒基材優(yōu)良韌性的前提下，在錐形面獲得較好的耐磨性。
3、本發(fā)明加工方法操作簡單，節(jié)能環(huán)保，在盡量降低成本費(fèi)用的同時(shí)提高旋挖齒的綜合性能，提高其使用壽命。
附圖說明
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
圖1為旋挖齒錐形面強(qiáng)化激光微織構(gòu)工藝方法流程圖。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明了，下面結(jié)合具體實(shí)施方式，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
如圖所示的一種用于旋挖齒錐形面強(qiáng)化的激光微織構(gòu)工藝方法案例，其具體步驟是：
第一步：室溫下對旋挖齒錐形面表面進(jìn)行除油除銹，并利用酒精清洗干凈。
第二步：將上述處理過的旋挖齒座固定在激光加工機(jī)床上，通過卡盤帶動(dòng)旋挖齒座旋轉(zhuǎn)，卡盤旋轉(zhuǎn)與激光頭x線性軸的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)配合運(yùn)動(dòng)，選擇環(huán)形陣列方式，環(huán)形數(shù)量為100道，每道環(huán)形掃描時(shí)的卡盤旋轉(zhuǎn)速度為2.8r/s，激光頭x軸進(jìn)給速度為零，完成單道環(huán)形掃描后，激光頭x軸移動(dòng)距離為1mm。如此循環(huán)100次直到完成所有環(huán)形區(qū)域掃描；
微凹坑的陣列方式可為多道環(huán)形，螺旋線形，等距彌散點(diǎn)陣等形式：
當(dāng)陣列方式為多道環(huán)形時(shí)，環(huán)形數(shù)量為n，每道環(huán)形掃描時(shí)的卡盤旋轉(zhuǎn)速度為a，激光脈沖頻率為h，激光頭x軸進(jìn)給速度為零；完成單道環(huán)形掃描后，激光頭x軸移動(dòng)距離為b，b＝(1～5)a/h，如此循環(huán)n次直到完成所有環(huán)形掃描；
當(dāng)陣列方式為螺旋線形時(shí)，卡盤與激光頭同時(shí)移動(dòng)，卡盤旋轉(zhuǎn)速度為a，激光脈沖頻率為h，激光頭x軸進(jìn)給速度為d，且d＝(1～5)a/h；
當(dāng)陣列方式為等距彌散點(diǎn)陣時(shí)，應(yīng)保證卡盤完成一個(gè)圓周運(yùn)動(dòng)后，微凹坑間距c與激光頭x軸移動(dòng)距離b相等。
第三步：采用yag激光器，其輸出波長為1.06μm，輸出平均功率為200w，重頻10khz，激光器的輸出脈沖激光束經(jīng)過聚焦后照射到旋挖齒錐形面表面，聚焦采用聚焦透鏡實(shí)現(xiàn)，聚焦透鏡的規(guī)格根據(jù)激光束光斑大小和微凹坑設(shè)計(jì)直徑進(jìn)行選擇；若激光器光斑大小與設(shè)計(jì)直徑在同一量級，可使用單個(gè)聚焦鏡聚焦；若二者有量級差別，則應(yīng)使用聚焦鏡組實(shí)現(xiàn)所需激光束光斑直徑，該激光系統(tǒng)的激光能量密度可達(dá)106w/mm2，高能量脈沖激光束照射到材料表面，在短時(shí)間內(nèi)將光能轉(zhuǎn)換為熱能，光斑直徑范圍及周邊區(qū)域材料迅速融化并快速冷卻，形成中心凹陷，邊緣凸起的高硬度微凹坑區(qū)域。
第四步：關(guān)閉脈沖激光束，待光束停止作用后，冷卻，該冷卻過程為自然冷卻，冷卻后每個(gè)微凹坑直徑為100μm。
第五步：在旋挖齒表面形成微凹坑陣列，完成制備。
以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非對本發(fā)明做任何形式上的限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所做的任何修改、等同變化和修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案范圍之內(nèi)，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。