本發(fā)明涉及一種用于流化床中使用的U型管、加工用裝置及其表面加工方法。

背景技術(shù)：

流化床，如有機(jī)硅流化床是利用氣體通過(guò)顆粒狀固體層而使固體顆粒處于懸浮運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并進(jìn)行氣固相反應(yīng)過(guò)程的反應(yīng)器。U型管在有機(jī)硅流化床內(nèi)充當(dāng)冷熱介質(zhì)的通道，反應(yīng)過(guò)程中，位于外側(cè)的硅粉與U型管的外表面磨損很?chē)?yán)重，這對(duì)有機(jī)硅的收率和有機(jī)硅流化床的壽命產(chǎn)生了很大的影響。

《激光表面微造型在干摩擦條件下的摩擦磨損性能研究》中說(shuō)“摩擦學(xué)和仿生學(xué)相關(guān)研究和實(shí)踐表明,表面并非越光滑則越耐磨,具有一定非光滑形態(tài)的表面反而往往具有更好的抗磨性能?！?《宏微觀表面紋理的潤(rùn)滑及摩擦性能研究》中也提到“只有合適的紋理尺寸才能夠在特定的載荷下起到降低摩擦的作用，不適當(dāng)?shù)募y理尺寸不但起不到減摩的作用，甚至?xí)鸬椒醋饔?。納米紋理的引入增加了摩擦力，降低了薄膜硬度，改變了摩擦法則，即：摩擦力與載荷的關(guān)系將從光滑表面的超線性關(guān)系轉(zhuǎn)變?yōu)榧y理表面的線性關(guān)系；紋理表面的摩擦力與載荷隨紋理做周期性的振蕩；摩擦力頻譜包含了豐富的結(jié)構(gòu)信息。”由此可見(jiàn)：只有合理的紋理結(jié)構(gòu)才可以使表面摩擦磨損性能得到提高。

除此之外，現(xiàn)有的U型管在制作過(guò)程中加工工藝復(fù)雜，難度較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題時(shí)克服現(xiàn)有技術(shù)中U型管外表面因摩擦造成磨損，影響使用壽命，提供一中耐磨損同時(shí)又較容易焊接的U型管、加工用裝置及其表面加工方法。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種U型管，由兩個(gè)直管分別與U型短管兩端面焊接而成，U型短管的兩端面為第一非水平面，且U型短管兩端的第一非水平面沿U型短管中心軸線對(duì)稱，直管的焊接端面為與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紋理。

優(yōu)選的，所述U型短管外表面的紋理為網(wǎng)格狀，網(wǎng)格寬度為0.3mm，網(wǎng)格間距離為2.5mm，網(wǎng)格深度為0.1mm，網(wǎng)格角度為130゜。

在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，所述第一非水平面和第二非水平面均為斜面。

在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，，所述第一非水平面為階梯面，所述第二非水平面為與所述階梯面凹凸配合的倒階梯面。

對(duì)上述U型管進(jìn)行表面加工所使用的裝置，該裝置包括激光發(fā)生裝置、激光刀、工件夾具，與工件夾具相對(duì)設(shè)置的尾座，所述工件夾具與所述尾座之間還設(shè)有激光架，所述激光發(fā)生裝置包括激光發(fā)生器、光纖管和激光刀座，激光刀座設(shè)有容置所述光纖管的激光溝槽，激光刀座與所述激光刀相連。

優(yōu)選的，激光發(fā)生裝置還包括激光發(fā)生器開(kāi)關(guān)和激光功率調(diào)控機(jī)構(gòu)，所述尾座還包括尾座套筒。

優(yōu)選的，所述裝置還包括絲杠、光杠、絲杠/光杠變換手柄、激光架鎖緊手柄、尾座套筒鎖緊手柄、尾座鎖緊手柄、尾座套筒進(jìn)退手柄及橫向、縱向自動(dòng)走刀手柄。

利用上述裝置對(duì)上述U型管表面進(jìn)行加工的方法，包括步驟：

（1）用工件夾具將直形鋼管一端固定，另一端用尾座頂住，確保激光刀高度與直形鋼管中心線在同一高度，并調(diào)整激光刀與直形鋼管中心線水平距離；

（2）開(kāi)啟激光發(fā)生裝置，在直形鋼管外表面加工正向條紋；

（3）在直形鋼管外表面加工反向條紋，反向條紋與正向條紋形成網(wǎng)格狀紋理；

（4）彎折直形鋼管成U型，并對(duì)U型端面進(jìn)行處理。該步驟中“處理”指將U型端面做成上述的第一非水平面。

優(yōu)選的，激光發(fā)生裝置中激光輸出波長(zhǎng)為355nm，激光輸出功率為0-7W，重復(fù)頻率為1 KHz -50 KHz，脈沖寬度為100ns。

本發(fā)明所達(dá)到的有益效果：

本發(fā)明中直管和U型短管的焊接面均為非水平面，如采用斜面或階梯型面，由于U型短管兩端的第一非水平面沿U型短管中心軸線對(duì)稱，這樣的設(shè)計(jì)避免了焊接時(shí)定位不準(zhǔn)確，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定位的功能，使得同軸度可以達(dá)到要求，定位又快又準(zhǔn)。這樣既不影響氣體的通過(guò)，也減少了焊接工藝的難度。

此外，U型短管外表面具有凹凸不平的紋理，特別是本發(fā)明U型短管外表面的表面微觀幾何形貌，這種表面結(jié)構(gòu)減少了硅粉與U型管的磨損量，提高了設(shè)備的使用壽命。經(jīng)激光處理后，U型管彎頭部分淬硬層的深度可達(dá)2mm,硬化區(qū)內(nèi)最高峰值可達(dá)800HV0.2以上,強(qiáng)化后硬度有明顯提高,耐磨性有大幅度的上升。從而有效地延長(zhǎng)了U型管使用周期,提高了生產(chǎn)效率,降低了生產(chǎn)成本。

附圖說(shuō)明

圖1是實(shí)施例一中U型管結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是實(shí)施例一中帶有非水平焊接面的直管和U型短管焊接處A的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是帶有水平焊接面的直管和U型短管焊接處結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是實(shí)施例一中U型短管結(jié)構(gòu)示意圖（局部）；

圖5是實(shí)施例一中U型短管外表面紋理結(jié)構(gòu)各參數(shù)示意圖；

圖6是實(shí)施例一中加工裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是圖6激光發(fā)生裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是實(shí)施例二中帶有非水平焊接面的直管和U型短管焊接處的結(jié)構(gòu)示意圖；其中：

0.直形鋼管，1.直管，1-1.倒階梯面，2-1.階梯面，2.U型短管，22. 網(wǎng)格狀紋理，31.斜面，32.水平面，5.工件夾具，6.激光刀座，7.激光架鎖緊手柄，8.尾座，9.尾座套筒鎖緊手柄，10.尾座鎖緊手柄，11.尾座套筒進(jìn)退手柄，12.激光發(fā)生器，13.橫向、縱向自動(dòng)走刀手柄，14. 開(kāi)合螺母手柄，15.縱向移動(dòng)手柄，16.絲杠，17.激光發(fā)生器開(kāi)關(guān)，18.激光功率調(diào)控機(jī)構(gòu)，19.光杠、絲杠/光杠變換手柄，25.激光溝槽，26.光纖管。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實(shí)施例一

如圖1所示，一種U型管，由兩個(gè)直管1分別與U型短管2兩端面焊接而成，U型短管2的兩端面為第一非水平面，且U型短管2兩端的第一非水平面沿U型短管2中心軸線對(duì)稱，直管1的焊接端面為與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紋理。

如圖2和圖4所示，本實(shí)施例中，第一非水平面和第二非水平面均為斜面31。且U型短管2兩端的第一非水平面是對(duì)稱設(shè)置的，如左邊是傾斜向上的，右邊是傾斜向下的，非水平面還可以是其它類型的曲面。圖3所示的是U型短管2的兩端面為水平面32的情況。

本實(shí)施例中，U型短管2外表面的紋理為網(wǎng)格狀22，如圖5所示，網(wǎng)格寬度d為0.3mm，網(wǎng)格間距離D為2.5mm，網(wǎng)格深度為0.1mm，網(wǎng)格角度a為130゜。

如圖6所示，對(duì)上述U型管進(jìn)行表面加工所使用的裝置，該裝置可在現(xiàn)有車(chē)床基礎(chǔ)上進(jìn)行改動(dòng)，具體是對(duì)現(xiàn)有車(chē)床的車(chē)刀部分改進(jìn)。該裝置包括激光發(fā)生裝置、激光刀、工件夾具5，與工件夾具5相對(duì)設(shè)置的尾座8，尾座8還包括尾座套筒，工件夾具5與尾座8之間還設(shè)有激光架，如圖7所示，激光發(fā)生裝置包括激光發(fā)生器12、激光發(fā)生器開(kāi)關(guān)17、激光功率調(diào)控機(jī)構(gòu)18、光纖管26和激光刀座6，激光刀座6設(shè)有容置光纖管26的激光溝槽25，激光刀座6與所述激光刀相連。

上述裝置還包括絲杠16、光杠、絲杠/光杠變換手柄19、激光架鎖緊手柄7、尾座套筒鎖緊手柄9、尾座鎖緊手柄10、尾座套筒進(jìn)退手柄11及橫向、縱向自動(dòng)

走刀手柄13、開(kāi)合螺母手柄14、縱向移動(dòng)手柄15等。

利用上述裝置對(duì)上述U型管表面進(jìn)行加工的方法，包括步驟：

（1）用工件夾具將直形鋼管0一端固定，本實(shí)施例中，工件夾具5為三爪卡盤(pán)，直形鋼管0的另一端用尾座8頂住，調(diào)整光杠/絲杠變換手柄19，使激光刀處在螺紋加工的工作狀態(tài)中，確保激光刀高度與直形鋼管0中心線在同一高度，調(diào)整激光刀與直形鋼管0中心線水平距離為8mm；

（2）開(kāi)啟激光發(fā)生裝置，根據(jù)上述網(wǎng)格狀紋理的參數(shù)（網(wǎng)格寬度為0.3mm，網(wǎng)格間距離為2.5mm，網(wǎng)格深度為0.1mm，網(wǎng)格角度為130゜），先在直形鋼管0外表面加工正向條紋；后在直形鋼管外表面加工反向條紋，反向條紋與正向條紋形成網(wǎng)格狀紋理；激光發(fā)生裝置中激光輸出波長(zhǎng)為355nm，激光輸出功率為0-7W，重復(fù)頻率為1 KHz -50 KHz，脈沖寬度為100ns。

（4）彎折直形鋼管0成U型，并對(duì)U型端面進(jìn)行處理。該步驟中“處理”指將U型端面做成上述的第一非水平面。

實(shí)施例二

如圖8所示，本實(shí)施例中，第一非水平面為為階梯面2-1，第二非水平面為與階梯面凹凸配合的倒階梯面1-1。其余與實(shí)施例一相同。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。