一种激光图案化局部热处理方法及用该方法处理的金具

1.本发明涉及电力金具技术领域，尤其涉及一种激光图案化局部热处理方法及方法。


背景技术：

2.输电线路广泛使用的铁制或铝制金属附件被称为金具。金具在使用过程中往往需承受较大的拉力，其可靠性直接关系到电网能否平稳运行，是输电线路的重要组成部分。我国幅员辽阔，但资源分布极度不平衡，80%以上的能源资源分布在西部、北部，且部分地区地理环境复杂、气候恶劣、昼夜温差及瞬时风力大，导致连接金具间存在高幅高频摆动，从而造成连接金具部分磨损、失效，影响输电线路安全、增加输电成本。且由于连接金具间配合形式各异，根据使用过程中的实际需求，连接金具需强化部位存在差异。以现有强化方式如整体热处理、热镀锌、发黑等所强化的连接金具无法实现强化部位尺寸灵活变化，且强化后的连接金具性能指标无法满足实际需求，在使用过程中存在较高失效比例，无法有效提高金具使用寿命及输电线路安全。
3.例如，一种在中国专利文献上公开的“一种电力金具的激光强化方法”，其申请号cn201910612937.7，包括以下步骤：第一次激光清洗、固定、设置光斑尺寸、设置转动角度和转动方向、激光强化以及第二次激光清洗，通过激光强化装置中的振镜激光头连接激光器，且激光强化过程中，电力金具始终设置在振镜激光头扫描范围内，因此只需进行可变尺寸的单道激光淬火就可以实现电力金具的表面处理。其不足之处是，u型环的强化区域强化程度一致，使得强化区域整体硬度大幅提升，而塑韧性大幅下降，随着时间推移易导致硬化层脱落。


技术实现要素：

4.本发明是为了克服现有技术的强化方式灵活性较低，容易导致硬化层脱落的问题，提供一种激光图案化局部热处理方法及用该方法处理的金具，满足不同区域强度、硬度和塑韧性需求。
5.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种激光图案化局部热处理方法，在待热处理零件的关键磨损区域上进行激光表面淬火，所述激光的光斑形状图案化。
6.本发明的特点在于改变了传统的激光光斑形状，而是采用图案化的形状，图案包括但不限于网纹状图案、类“8”字形图案、类
“△”
型图案、类
“□”
型图案等，图案面积越大，激光能量越高，零件表面硬度越高，耐磨性越强，而相应的塑韧性较低，图案根据不同金具的不同区域的强度及塑韧性要求选择。图案可由振镜振动产生，可明显提高材料硬度以提升金具耐磨性能、使用寿命。
7.作为优选，所述图案为网格状。
8.选择网格状的激光光斑作用于关键磨损区域上，激光作用到的网纹部分硬度得到
较大提升，塑韧性降低；关键磨损区域的菱形部分由于未被激光热处理，仍保持基体材料较好的塑韧性，菱形部分可为网纹部分提供塑韧性补偿，使金具整体耐磨性能、使用寿命提升的同时仍持良好的塑韧性；另一方面，经网格状激光光斑作用的金具经过一段时间的使用后，菱形部分磨损程度较高，而网纹部分磨损程度较低，在关键磨损区域表面形成了若干菱形凹坑，凹坑能够储存较多润滑油，为金具提供持续润滑防锈功能，延长金具使用寿命。
9.作为优选，所述图案为实心图案，所述关键磨损区域中磨损程度越大的部位，图案宽度越大。
10.宽度较宽的部位激光能量输入较多，硬度得到较大提升，塑韧性降低；宽度较窄的部分由于激光能量输入较少，仍保持基体材料较好的塑韧性，为其他部分提供塑韧性补偿，实心图案可以为三角形、矩形、“8”字形、z字形等图案，根据金具耐磨及塑韧性需求进行调整选择。进一步地，图案也可以为轮廓为三角形、矩形、“8”字形、z字形等形状，而内部填充为网纹状，灵活调整激光强度的同时，保证持续的润滑防锈。
11.作为优选，激光光斑尺寸大于关键磨损区域各边边缘1 mm。
12.保证激光光斑覆盖关键磨损区域。
13.作为优选，对于环形的关键磨损区域，将关键磨损区域沿周向均匀分为若干部分，旋转待热处理零件，依次对每个部分进行激光图案化热处理。
14.环形的区域沿周向设置，对于网纹状图案，通过分区域进行周向全覆盖，例如分为6个部分，每次旋转金具60
°
，保证周向覆盖的同时无需旋转激光头，保证精度。
15.作为优选，对于环形的关键磨损区域，连续回转待热处理零件进行激光图案化局部热处理。
16.对于实心图案则可以连续激光热处理，保证周向得到均匀热处理。
17.作为优选，激光图案化局部热处理后的零件进行浸油处理，所述油为金属防锈油。
18.提高润滑防锈性能。
19.作为优选，在热处理之前对待热处理零件的关键磨损区域进行抛光，清洗，干燥处理，所述抛光使金具关键磨损区域粗糙度达到ra 6.3。
20.清洗使金具关键磨损区域不存在油污等杂质，所述干燥可确保金具关键磨损区域在激光图案化局部热处理前不发生锈蚀。
21.一种用激光图案化局部热处理的金具，所述金具的关键磨损区域经过热处理。
22.作为优选，所述金具为u型环或螺栓。
23.u型环的圆弧内侧区域以及螺栓侧面均可得到强化，且同时保证塑韧性。
24.因此，本发明具有如下有益效果：（1）图案化的激光光斑使金具整体耐磨性能、使用寿命提升的同时仍持良好的塑韧性；（2）经网纹状激光光斑处理的金具能够长时间储存较多润滑油，为金具提供持续润滑防锈功能，延长金具使用寿命；（3）通过转动金具实现关键磨损区域周向强化的全覆盖；（4）金具耐磨性能、塑韧性和使用寿命得到整体提升。
附图说明
25.图1是本发明u型环的一种结构示意图。
26.图2是本发明实施例1的一种俯视图。
27.图3是本发明实施例2的一种结构示意图。
28.图4是本发明实施例3的一种结构示意图。
29.图5是本发明实施例4的一种结构示意图。
具体实施方式
30.下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。
31.实施例1如图1、图2所示，一种激光图案化局部热处理方法及经激光图案化局部热处理的金具，金具为u型环1，u型环底部的弯曲段11为关键磨损区域。方法具体步骤包括：s1.对u型环弯曲段进行抛光，清洗，干燥处理，其中抛光将u型环表面粗糙度达到ra6.3，清洗使关键磨损区域不存在油污等杂质，干燥确保金具关键磨损区域在热处理前不发生锈蚀；s2.选择网纹状图案激光光斑，并使网纹状图案激光光斑四侧各大于u型环关键磨损区域边缘1 mm；s3.将u型环装夹于夹具上并置于激光头下方，激光光斑所覆盖的关键磨损区域在高度方向上的二分之一高度平面处于激光焦点平面处；s4.对u型环弯曲段进行激光网纹状图案局部热处理，将关键磨损区域沿周向均分为6部分，将u型环每次顺时针旋转60
°
，依次对每部分进行激光图案化热处理；s5.对激光网纹状图案局部热处理的u型环进行浸油处理，所用油为金属防锈油。
32.激光作用到的网纹部分12硬度得到较大提升，塑韧性降低；菱形部分13由于未被激光热处理，仍保持基体材料较好的塑韧性，菱形部分可为网纹部分提供塑韧性补偿，使金具整体耐磨性能、使用寿命提升的同时仍持良好的塑韧性；经网格状激光光斑作用的金具经过一段时间的使用后，菱形部分磨损程度较高，而网纹部分磨损程度较低，在弯曲段表面形成了若干菱形凹坑，凹坑能够储存较多金属防锈油，为金具提供持续润滑防锈功能，延长金具使用寿命。
33.实施例2如图3所示，一种激光图案化局部热处理方法及经激光图案化局部热处理的金具，金具为螺栓2，螺栓2侧面光面段为关键磨损区域。方法具体步骤与实施例1大致相同，区别之处在于，激光光斑为实心的“8”字形图案21。将螺栓2装夹于可高速回转的夹具上，并进行约10 r/s的高速回转。
34.经激光“8”字形图案局部热处理后的螺栓关键磨损区域两段宽度较宽的部分硬度得到较大提升，塑韧性降低；关键磨损区域中间、及两端部分宽度较窄，由于激光能量输入较少，仍保持基体材料较好的塑韧性，中间、两端部分可为其余部分提供塑韧性补偿，使螺栓整体使用寿命提升的同时仍持良好的塑韧性。实施例2的螺栓适用于与u型环耳部14配合，螺栓2依次插入两个耳部14的通孔中，关键磨损区域宽度较宽的部分分别与两个耳部14通孔内壁配合，提升这两处的耐磨性。
35.实施例3如图4所示，一种激光图案化局部热处理方法及经激光图案化局部热处理的金具，方法具体步骤与实施例2大致相同，区别之处在于，激光光斑为实心的矩形图案22。且螺栓2不进行回转。
36.经激光矩形图案局部热处理后的螺栓关键磨损区域中间部分硬度得到较大提升，
塑韧性降低；关键磨损区域外侧部分由于未被激光热处理，仍保持基体材料较好的塑韧性，外侧部分可为中间部分提供塑韧性补偿，使螺栓整体使用寿命提升的同时仍持良好的塑韧性。
37.实施例4如图5所示，一种激光图案化局部热处理方法及经激光图案化局部热处理的金具，方法具体步骤与实施例2大致相同，区别之处在于，激光光斑为三角形轮廓，内部为网纹状。
38.经激光三角形网纹图案23局部热处理后的螺栓三角形右侧硬度得到较大提升，塑韧性降低；关键磨损区域左侧部分由于热处理程度低，仍保持基体材料较好的塑韧性，左侧部分可为右侧部分提供塑韧性补偿，且三角形内部菱形部分可为网纹部分提供塑韧性补偿，使螺栓整体使用寿命提升的同时仍持良好的塑韧性。同时磨损后的螺栓菱形部分形成凹坑能够储存较多金属防锈油，为金具提供持续润滑防锈功能，延长金具使用寿命。

技术特征：
1.一种激光图案化局部热处理方法，其特征是，在待热处理零件的关键磨损区域上进行激光表面淬火，所述激光的光斑形状图案化。2.根据权利要求1所述的一种激光图案化局部热处理方法，其特征是，所述图案为网格状。3.根据权利要求1所述的一种激光图案化局部热处理方法，其特征是，所述图案为实心图案，所述关键磨损区域中磨损程度越大的部位，图案宽度越大。4.根据权利要求1所述的一种激光图案化局部热处理方法，其特征是，激光光斑尺寸大于关键磨损区域各边边缘1 mm以上。5.根据权利要求2所述的一种激光图案化局部热处理方法，其特征是，对于环形的关键磨损区域，将关键磨损区域沿周向均匀分为若干部分，旋转待热处理零件，依次对每个部分进行激光图案化热处理。6.根据权利要求3所述的一种激光图案化局部热处理方法，其特征是，对于环形的关键磨损区域，连续回转待热处理零件进行激光图案化局部热处理。7.根据权利要求1所述的一种激光图案化局部热处理方法，其特征是，激光图案化局部热处理后的零件进行浸油处理，所述油为金属防锈油。8.根据权利要求1所述的一种激光图案化局部热处理方法，其特征是，在热处理之前对待热处理零件的关键磨损区域进行抛光，清洗，干燥处理，所述抛光使金具关键磨损区域粗糙度达到ra 6.3。9.一种用激光图案化局部热处理的金具，其特征是，所述金具的关键磨损区域经过如权利要求1-8中任一的热处理。10.一种用激光图案化局部热处理的金具，其特征是，所述金具为u型环或螺栓。

技术总结
本发明公开了一种激光图案化局部热处理方法及用该方法处理的金具，在待热处理零件的关键磨损区域上进行激光表面淬火，所述激光的光斑形状图案化。本发明具有如下有益效果：（1）图案化的激光光斑使金具整体耐磨性能、使用寿命提升的同时仍持良好的塑韧性；（2）经网纹状激光光斑处理的金具能够长时间储存较多润滑油，为金具提供持续润滑防锈功能，延长金具使用寿命；（3）通过转动金具实现关键磨损区域周向强化的全覆盖；（4）金具耐磨性能、塑韧性和使用寿命得到整体提升。用寿命得到整体提升。用寿命得到整体提升。


技术研发人员：王欣欣 何成 王开科 李伟 赵普志 杨柱石 王立福 王宗江 赵鹏程 金杨福 谢颂伟
受保护的技术使用者：浙江工业大学
技术研发日：2021.11.19
技术公布日：2022/5/25