一种U型管、加工用装置及其表面加工方法与流程

本发明涉及一种用于流化床中使用的U型管、加工用装置及其表面加工方法。

背景技术：

流化床，如有机硅流化床是利用气体通过颗粒状固体层而使固体颗粒处于悬浮运动状态，并进行气固相反应过程的反应器。U型管在有机硅流化床内充当冷热介质的通道，反应过程中，位于外侧的硅粉与U型管的外表面磨损很严重，这对有机硅的收率和有机硅流化床的寿命产生了很大的影响。

《激光表面微造型在干摩擦条件下的摩擦磨损性能研究》中说“摩擦学和仿生学相关研究和实践表明,表面并非越光滑则越耐磨,具有一定非光滑形态的表面反而往往具有更好的抗磨性能。” 《宏微观表面纹理的润滑及摩擦性能研究》中也提到“只有合适的纹理尺寸才能够在特定的载荷下起到降低摩擦的作用，不适当的纹理尺寸不但起不到减摩的作用，甚至会起到反作用。纳米纹理的引入增加了摩擦力，降低了薄膜硬度，改变了摩擦法则，即：摩擦力与载荷的关系将从光滑表面的超线性关系转变为纹理表面的线性关系；纹理表面的摩擦力与载荷随纹理做周期性的振荡；摩擦力频谱包含了丰富的结构信息。”由此可见：只有合理的纹理结构才可以使表面摩擦磨损性能得到提高。

除此之外，现有的U型管在制作过程中加工工艺复杂，难度较大。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题时克服现有技术中U型管外表面因摩擦造成磨损，影响使用寿命，提供一中耐磨损同时又较容易焊接的U型管、加工用装置及其表面加工方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种U型管，由两个直管分别与U型短管两端面焊接而成，U型短管的两端面为第一非水平面，且U型短管两端的第一非水平面沿U型短管中心轴线对称，直管的焊接端面为与所述第一非水平面相配合的第二非水平面，所述U型短管外表面具有凹凸不平的纹理。

优选的，所述U型短管外表面的纹理为网格状，网格宽度为0.3mm，网格间距离为2.5mm，网格深度为0.1mm，网格角度为130゜。

在一个优选的实施例中，所述第一非水平面和第二非水平面均为斜面。

在另一个优选的实施例中，，所述第一非水平面为阶梯面，所述第二非水平面为与所述阶梯面凹凸配合的倒阶梯面。

对上述U型管进行表面加工所使用的装置，该装置包括激光发生装置、激光刀、工件夹具，与工件夹具相对设置的尾座，所述工件夹具与所述尾座之间还设有激光架，所述激光发生装置包括激光发生器、光纤管和激光刀座，激光刀座设有容置所述光纤管的激光沟槽，激光刀座与所述激光刀相连。

优选的，激光发生装置还包括激光发生器开关和激光功率调控机构，所述尾座还包括尾座套筒。

优选的，所述装置还包括丝杠、光杠、丝杠/光杠变换手柄、激光架锁紧手柄、尾座套筒锁紧手柄、尾座锁紧手柄、尾座套筒进退手柄及横向、纵向自动走刀手柄。

利用上述装置对上述U型管表面进行加工的方法，包括步骤：

（1）用工件夹具将直形钢管一端固定，另一端用尾座顶住，确保激光刀高度与直形钢管中心线在同一高度，并调整激光刀与直形钢管中心线水平距离；

（2）开启激光发生装置，在直形钢管外表面加工正向条纹；

（3）在直形钢管外表面加工反向条纹，反向条纹与正向条纹形成网格状纹理；

（4）弯折直形钢管成U型，并对U型端面进行处理。该步骤中“处理”指将U型端面做成上述的第一非水平面。

优选的，激光发生装置中激光输出波长为355nm，激光输出功率为0-7W，重复频率为1 KHz -50 KHz，脉冲宽度为100ns。

本发明所达到的有益效果：

本发明中直管和U型短管的焊接面均为非水平面，如采用斜面或阶梯型面，由于U型短管两端的第一非水平面沿U型短管中心轴线对称，这样的设计避免了焊接时定位不准确，可以实现自动定位的功能，使得同轴度可以达到要求，定位又快又准。这样既不影响气体的通过，也减少了焊接工艺的难度。

此外，U型短管外表面具有凹凸不平的纹理，特别是本发明U型短管外表面的表面微观几何形貌，这种表面结构减少了硅粉与U型管的磨损量，提高了设备的使用寿命。经激光处理后，U型管弯头部分淬硬层的深度可达2mm,硬化区内最高峰值可达800HV0.2以上,强化后硬度有明显提高,耐磨性有大幅度的上升。从而有效地延长了U型管使用周期,提高了生产效率,降低了生产成本。

附图说明

图1是实施例一中U型管结构示意图；

图2是实施例一中带有非水平焊接面的直管和U型短管焊接处A的结构示意图；

图3是带有水平焊接面的直管和U型短管焊接处结构示意图；

图4是实施例一中U型短管结构示意图（局部）；

图5是实施例一中U型短管外表面纹理结构各参数示意图；

图6是实施例一中加工装置的结构示意图；

图7是图6激光发生装置的结构示意图；

图8是实施例二中带有非水平焊接面的直管和U型短管焊接处的结构示意图；其中：

0.直形钢管，1.直管，1-1.倒阶梯面，2-1.阶梯面，2.U型短管，22. 网格状纹理，31.斜面，32.水平面，5.工件夹具，6.激光刀座，7.激光架锁紧手柄，8.尾座，9.尾座套筒锁紧手柄，10.尾座锁紧手柄，11.尾座套筒进退手柄，12.激光发生器，13.横向、纵向自动走刀手柄，14. 开合螺母手柄，15.纵向移动手柄，16.丝杠，17.激光发生器开关，18.激光功率调控机构，19.光杠、丝杠/光杠变换手柄，25.激光沟槽，26.光纤管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例一

如图1所示，一种U型管，由两个直管1分别与U型短管2两端面焊接而成，U型短管2的两端面为第一非水平面，且U型短管2两端的第一非水平面沿U型短管2中心轴线对称，直管1的焊接端面为与所述第一非水平面相配合的第二非水平面，所述U型短管2外表面具有凹凸不平的纹理。

如图2和图4所示，本实施例中，第一非水平面和第二非水平面均为斜面31。且U型短管2两端的第一非水平面是对称设置的，如左边是倾斜向上的，右边是倾斜向下的，非水平面还可以是其它类型的曲面。图3所示的是U型短管2的两端面为水平面32的情况。

本实施例中，U型短管2外表面的纹理为网格状22，如图5所示，网格宽度d为0.3mm，网格间距离D为2.5mm，网格深度为0.1mm，网格角度a为130゜。

如图6所示，对上述U型管进行表面加工所使用的装置，该装置可在现有车床基础上进行改动，具体是对现有车床的车刀部分改进。该装置包括激光发生装置、激光刀、工件夹具5，与工件夹具5相对设置的尾座8，尾座8还包括尾座套筒，工件夹具5与尾座8之间还设有激光架，如图7所示，激光发生装置包括激光发生器12、激光发生器开关17、激光功率调控机构18、光纤管26和激光刀座6，激光刀座6设有容置光纤管26的激光沟槽25，激光刀座6与所述激光刀相连。

上述装置还包括丝杠16、光杠、丝杠/光杠变换手柄19、激光架锁紧手柄7、尾座套筒锁紧手柄9、尾座锁紧手柄10、尾座套筒进退手柄11及横向、纵向自动

走刀手柄13、开合螺母手柄14、纵向移动手柄15等。

利用上述装置对上述U型管表面进行加工的方法，包括步骤：

（1）用工件夹具将直形钢管0一端固定，本实施例中，工件夹具5为三爪卡盘，直形钢管0的另一端用尾座8顶住，调整光杠/丝杠变换手柄19，使激光刀处在螺纹加工的工作状态中，确保激光刀高度与直形钢管0中心线在同一高度，调整激光刀与直形钢管0中心线水平距离为8mm；

（2）开启激光发生装置，根据上述网格状纹理的参数（网格宽度为0.3mm，网格间距离为2.5mm，网格深度为0.1mm，网格角度为130゜），先在直形钢管0外表面加工正向条纹；后在直形钢管外表面加工反向条纹，反向条纹与正向条纹形成网格状纹理；激光发生装置中激光输出波长为355nm，激光输出功率为0-7W，重复频率为1 KHz -50 KHz，脉冲宽度为100ns。

（4）弯折直形钢管0成U型，并对U型端面进行处理。该步骤中“处理”指将U型端面做成上述的第一非水平面。

实施例二

如图8所示，本实施例中，第一非水平面为为阶梯面2-1，第二非水平面为与阶梯面凹凸配合的倒阶梯面1-1。其余与实施例一相同。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。