【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及激光熔覆，具体涉及一种12m长油套管的内壁全域激光熔覆系统。
技术介绍
1、盐穴压缩空气储能是一种利用地下盐穴储气的大容量物理储能技术，是用电低谷的电能将空气压缩到盐穴中，在用电高峰时再释放压缩空气发电，从而实现电网削峰填谷，提升电网调节能力和新能源消纳能力，是一项具有容量大、寿命长、安全环保等优势的极具发展前景的大规模清洁物理储能技术。然而盐穴内多残存有具有对金属材料有较强腐蚀性的饱和盐水。用于盐穴井储气管路的井筒材质必须具有较高的耐腐蚀性能。其中之一例，要求在60℃饱和盐水中的耐腐蚀性能达到：均匀腐蚀率低于0.01mm/year,最大点蚀率低于0.015mm/年。同时管道的强度（抗拉、抗内压、抗外挤强度）最低值，不得低于api tr 5c3的相关规定。常用的n80无缝钢管（通称n80油管）、p110无缝钢管（通称p110套管）的强度可满足要求，但其耐腐蚀性能远不能满足要求。按照要求，为满足耐腐蚀性能要求，要求使用成分满足cr+ni+mo 含量高于55%的合金。若使用ni基合金管，强度和耐腐蚀性能虽能达到要求，但价格昂贵。
2、为此一般选用强度满足要求的适当壁厚的n80无缝钢管和p110无缝钢管作为基材，在其与腐蚀介质接触的内壁激光熔覆耐腐蚀合金，制作内覆衬里耐腐蚀复合钢管。
3、另盐穴的深度通常在500m以上，这就要求将现有长度规格在12m上下的无缝钢管（在石油工业领域通称油管和套管）以节箍连接，以满足500m以上长度的要求。这里遇到的首要问题是对于12m长、内径在315mm±(规格为3
4、若按以往的常规激光熔覆，激光扫描速度多在6mm/s-20mm/s速度范围，熔覆效率较低，在一根10m长、内径在315mm±(规格为339.7×12.19 的n80)油管内壁全域激光熔覆大约需要229小时（激光扫描速度为6mm/s）-68小时（激光扫描速度为20mm/s）,效率太低。
5、德国弗劳恩霍夫激光技术研究所（fraunhofer-institut für laser technikilt）和亚琛工业大学于2012年提出了超高速激光熔覆的技术设想，并与德国激光器制造企业laseline公司合作于2017年推出了超高速激光熔覆（extreme high-speed lasercladding (ehla), also called ultra-high-speed laser cladding (uhslc)））。超高速激光熔覆的激光扫描速度20m/min(激光扫描速度（scanning speed）高于333mm/s),熔覆效率高于200cm2/min。但超高速激光熔覆层的厚度大多在0.1-0.2mm。看到超高速激光熔覆的熔覆效率较高，但熔覆层较薄，且尚未见id300mm上下的内壁快速激光熔覆。
6、为保证在大面积（如在12m长、内径在315mm±的油管内壁以及内径在443mm±的套管内壁全域均匀激光熔覆）需要一稳定的激光熔覆系统；因此本申请旨在提供一种激光扫描速度在100mm/s-150mm/s、对于镍基合金的熔覆层厚度在0.5mm-1.2mm、且保证激光熔覆过程的稳定性、激光熔覆层与基体有良好冶金结合、厚度均匀、表面平整符合各项技术要求的12m长油套管的内壁全域激光熔覆系统。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种12m长油套管的内壁全域激光熔覆系统，以改善上述的技术问题。
2、为解决上述技术问题，本专利技术具体提供下述技术方案：
3、一种12m长油套管的内壁全域激光熔覆系统包括：
4、激光器，选用输出功率6kw波长1080nm的多模连续波激光器；
5、激光头，选用激光束内聚焦-反射输出同轴送粉激光头以使得从安装于支架上的激光头喷嘴输出的高能量密度的激光束在距喷嘴端部15mm-25mm长度的范围内，激光束直径的变化≤0.5mm；
6、送粉系统，用于使熔点在1300℃-1400℃温度范围、粒度在53μm-150μm的球形镍基合金粉末输送至所述激光头并激光熔覆在管件的内壁；
7、工件旋转系统，用于控制待熔覆管件的旋转速度为25°/s -55°/s，旋转速度精度达到0.5°/s，从而控制激光扫描速度；
8、激光头行走系统，用于控制激光头在管件的内部沿轴向移动；
9、水冷却系统，用于对激光器、光缆、激光头进行充分的冷却。
10、作为本专利技术的一种优选方案：所述送粉系统选用容积5l的转盘定量-载气输送的送粉器，并通过送粉管路送粉至激光头，送粉载气为氩气。
11、作为本专利技术的一种优选方案：所述水冷却系统的冷却介质选用纯净水，冷却参数如下：
12、对于激光器：冷却水温24℃±1℃水温，输入压力：4-6bar，流量：≥52l/min;
13、对于光纤：冷却水温：10-25℃，进水口压力：4-6bar，流量：2l/min;
14、对于激光头：冷却水温：10-25℃，进水口压力：4-6bar，流量：8l/min。
15、作为本专利技术的一种优选方案：还包括氩气系统，所述氩气系统一方面用于提供送粉载气，另一方面用于在激光头开启之前，对激光束内聚焦-反射输出同轴送粉激光头中的输出镜进行氩气吹扫保护，还对激光熔覆区实现氩气保护。
16、作为本专利技术的一种优选方案：还包括冷风机，所述冷风机用于在激光熔覆过程中以制冷量3.5kw的、输送温度为10℃的空气，吹扫管材内孔，以实现在激光熔覆过程中管内吹风排热。
17、作为本专利技术的一种优选方案：所述激光束内聚焦-反射输出同轴送粉激光头中反射镜片的表面粗糙度低于5nm。
18、作为本专利技术的一种优选方案：所述激光头行走系统包括伸长杆，所述伸长杆的一端通过支架固定在机床台面上的支架支座上，所述伸长杆的另一端安装有用于固定激光头的激光头支撑装置，所述伸长杆通过数控-伺服电机-滚珠丝杠进给系统控制所述激光头沿伸长杆的轴向移动；
19、其中，激光头支架在激光熔覆过程中保证激光头的喷嘴端部到熔覆管内壁的距离h= f + fh，其中，其中f是激光头送粉的交汇点到喷嘴端部的距离，fh是激光头送粉交汇点到被熔覆管件内壁表面的距离，优先的方案是：h=18mm±0.5mm，fh=1.0mm-4.0mm。
20、作为本专利技术的一种优选方案：所述伸长杆选用型号为8-800800a材质为6063-t5的铝型材。
21、作为本专利技术的一种优选方案：所述激光头支撑装置包括支架、支撑滚轮，所述激本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种12m长油套管的内壁全域激光熔覆系统，其特征在于：包括：
2.如权利要求1所述的一种12m长油套管的内壁全域激光熔覆系统，其特征在于，所述送粉系统（3）选用容积5L的转盘定量-载气输送的送粉器，并通过送粉管路送粉至激光头（1），送粉载气为氩气。
3.根据权利要求1所述的一种12m长油套管的内壁全域激光熔覆系统，其特征在于，所述水冷却系统（6）的冷却介质选用纯净水，冷却参数如下：
4.根据权利要求1所述的一种12m长油套管的内壁全域激光熔覆系统，其特征在于，还包括氩气系统（7），所述氩气系统（7）一方面用于提供送粉载气，另一方面用于在激光头（1）开启之前，对激光束内聚-反射输出同轴送粉激光头（1）中的输出镜进行氩气吹扫保护。
5.根据权利要求1所述的一种12m长油套管的内壁全域激光熔覆系统，其特征在于，还包括冷风机，所述冷风机用于在激光熔覆过程中以制冷量3.5kW的、输送温度为10℃的空气吹扫管材内孔，以实现在激光熔覆过程中管内吹风排热。
6.根据权利要求1所述的一种12m长油套管的内壁全域激光熔覆系统，其特征在于
7.根据权利要求1所述的一种12m长油套管的内壁全域激光熔覆系统，其特征在于，所述激光头行走系统（5）包括伸长杆，所述伸长杆的一端通过支架（511）固定在机床台面上的支架支座上，所述伸长杆的另一端安装有用于固定激光头（1）的激光头支撑装置，所述伸长杆通过数控-伺服电机-滚珠丝杠进给系统控制安装有激光头（1）的伸长杆的轴向移动；
8.根据权利要求7所述的一种12m长油套管的内壁全域激光熔覆系统，其特征在于，所述伸长杆选用型号为8-800800A、材质为6063-T5的铝型材。
9.根据权利要求7所述的一种12m长油套管的内壁全域激光熔覆系统，其特征在于，所述激光头支撑装置包括支架（511）、支撑滚轮（512），所述激光头（1）安装在支架（511）上，所述支撑滚轮（512）安装在支架（511）的两端，在熔覆过程中，随着被熔覆管件的旋转，支撑滚轮（512）沿所述管件的内壁移动，实现从激光头输出的激光束的一定速度扫描实现激光熔覆，且通过调控支撑滚轮（512）的直径以及两个支撑滚轮（512）之间的距离可调控H。
10.根据权利要求7所述的一种12m长油套管的内壁全域激光熔覆系统，其特征在于，所述工件旋转系统（4）包括数控机床、设在数控机床上的螺杆传动系统、以及用于控制所述螺杆传动系统的螺杆转动的伺服电机。
...【技术特征摘要】
1.一种12m长油套管的内壁全域激光熔覆系统，其特征在于：包括：
2.如权利要求1所述的一种12m长油套管的内壁全域激光熔覆系统，其特征在于，所述送粉系统（3）选用容积5l的转盘定量-载气输送的送粉器，并通过送粉管路送粉至激光头（1），送粉载气为氩气。
3.根据权利要求1所述的一种12m长油套管的内壁全域激光熔覆系统，其特征在于，所述水冷却系统（6）的冷却介质选用纯净水，冷却参数如下：
4.根据权利要求1所述的一种12m长油套管的内壁全域激光熔覆系统，其特征在于，还包括氩气系统（7），所述氩气系统（7）一方面用于提供送粉载气，另一方面用于在激光头（1）开启之前，对激光束内聚-反射输出同轴送粉激光头（1）中的输出镜进行氩气吹扫保护。
5.根据权利要求1所述的一种12m长油套管的内壁全域激光熔覆系统，其特征在于，还包括冷风机，所述冷风机用于在激光熔覆过程中以制冷量3.5kw的、输送温度为10℃的空气吹扫管材内孔，以实现在激光熔覆过程中管内吹风排热。
6.根据权利要求1所述的一种12m长油套管的内壁全域激光熔覆系统，其特征在于，所述激光束内聚焦-反射输出同轴送粉激光头（1）中反射镜片的表面粗糙度低于5nm。
7.根据权利要求1所述的一种1...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙家枢，王少勃，郝猛，纪文栋，商浩亮，张文静，万继方，姚勇，谢冠男，郑雪军，
申请(专利权)人：天津滨海雷克斯激光科技发展有限公司，
类型：发明
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