CN108642491A - 一种中小直径管道内壁激光熔覆装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于激光熔覆设备领域，特别是涉及一种中小直径管道内壁激光熔覆装置。它包括：光纤接头、筒体、送粉嘴、熔覆头、用来连接筒体和机械手臂的固定装置和调节装置，筒体包括激光通道、送粉管和水冷管，激光通道内沿激光前进方向依次设有准直镜、保护镜和聚焦镜。光纤接头与筒体左端固定连接，调节装置包括固定设置在熔覆头外壁顶端的第一小型电动伸缩杆机和右端的第二小型电动伸缩杆机，第一小型电动伸缩杆机和第二小型电动伸缩杆机的电动伸缩杆分别由熔覆头顶端和右端外壁伸入熔覆头内部与反射镜两端连接，控制两个伸缩杆使反射镜转动，送粉嘴固定安装在熔覆头外壁底端。本发明解决了中小直径管道内壁激光熔覆中，受到空间限制的问题。
Description
技术领域
本发明属于激光熔覆设备领域，特别是涉及一种中小直径管道内壁激光熔覆装置。
背景技术
在船舶、石油、采矿等制造业中，需要使用大量的管道，这些管道在使用过程中内壁会受到不同程度的磨损而影响其使用性能和寿命，因此增加管道内壁耐磨性、耐腐蚀性等性能是解决这一问题的关键。
激光熔覆技术作为一种材料表面改性的新技术，是指以不同的填料方式在被涂覆基体表面放置选择的涂层材料，经激光辐照使之和基体表面层同时熔化，并快速凝固后形成稀释层基底并与基体材料成冶金结合的表面涂层，从而显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化等的工艺方法。其主要特征如下：(1)超快的熔凝速度(103～106℃/s)，因此其加工效率非常高，加工速度很快；(2)熔覆层与基体之间形成良好的冶金结合，熔覆层组织致密，热影响区小且稀释率低；(3)熔覆材料选择多样性，可根据不同的工程需求设计不同的合金比例，以便于有效控制熔覆过程中熔覆层的组织与性能；(4)激光熔覆属于精细加工方法，可用于实现微小区域的局部加工，并且加工过程中与零件无直接接触，不会对部件造成接触损伤，便于实现加工过程的自动化控制。该技术已初步地用于管道的熔覆。
现阶段激光熔覆技术只能熔覆大直径的管道，而对于中小直径的管道，主要是由于熔覆受到空间的限制，激光头难以进入管道中，实现过程复杂，耗费较大，而且常规的激光熔覆加工头激光在相对较远的位置才开始聚焦，加工效率低且很容易损坏保护镜，难以实现良好的加工质量。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，适应现实需要，提供一种中小直径管道内壁激光熔覆装置，解决了中小直径管道内壁激光熔覆中，受到空间限制的问题，能够实现直径200mm的中小管道内壁的螺旋式激光熔覆加工。
一种中小直径管道内壁激光熔覆的装置，它由光纤接头、筒体、送粉
嘴、熔覆头、用来连接筒体和机械手臂的固定装置、调节装置和中央控制器组成，筒体包括激光通道、送粉管和水冷管，激光通道内沿激光前进方向依次设有准直镜、保护镜和聚焦镜，所述光纤接头与筒体左端固定连接，所述调节装置包括固定设置在熔覆头外壁顶端的第一小型电动伸缩杆机和右端的第二小型电动伸缩杆机，第一小型电动伸缩杆机的电动伸缩杆和第二小型电动伸缩杆机的电动伸缩杆分别由熔覆头顶端和右端外壁伸入熔覆头内部与反射镜两端连接，中央控制器控制两个伸缩杆使反射镜在5°～10°角度范围内转动，所述送粉嘴固定安装在熔覆头外壁底端。
其中固定装置包括卡座、连接板和连接法兰；所述卡座固定安装在筒体外壁预置的凹槽中，并通过螺栓加以固定，所述连接板一端与卡座通过螺栓固定连接，所述连接板另一端与连接法兰焊接连接，连接法兰与机械手臂法兰盘通过螺栓固定连接，连接法兰与机械手臂同轴度为0.1；所述螺栓皆为标准件。
所述送粉管固定设置在筒体内部，送粉管通至熔覆头内连接送粉嘴，激光熔覆前观察送粉管和送粉嘴送粉是否通畅且均匀，激光熔覆时粉末在激光发射前5秒预置送出。
所述水冷管左右两端外接水冷机，固定环绕设置在筒体内部，激光熔覆时水冷机工作，左端进水，右端出水，循环制冷。
所述调节装置由中央控制器发出信号，第一电动伸缩杆机和第二电动伸缩杆机联动控制反射镜，激光熔覆时，第一电动伸缩杆伸长，第二电动伸缩杆缩短，反射镜逆时针旋转，根据激光熔覆的搭接率调整两个伸缩杆伸缩速率，保证管道内壁螺旋式激光熔覆的顺利进行，以得到良好的熔覆质量。
本发明具有有益效果
1.本发明提供了一种能够用于直径较小的管道内壁激光熔覆装置，将送粉管和水冷管皆设计在熔覆头内部，从而减小了整体熔覆装置的外形尺寸和重量，更有利于加工内径小的金属管道内壁。
2.本发明针对以往中小管道内部空间有限的问题，使用调节装置精确调节反射镜的角度，根据激光熔覆的搭接率调整两个伸缩杆的联动频率，有效利用了激光能量，保证管道内壁螺旋式激光熔覆的顺利进行，以得到良好的质量。
附图说明
图1是中小管道内壁激光熔覆装置的结构示意图。
图2是实施例1的调节装置结构示意图。
图中：1.光纤接头，2.卡座，3.准直镜，4.连接法兰，5.连接板，6.筒体，7.保护镜，8.激光通道，9.送粉管，10.水冷管，11.聚焦镜，12.送粉嘴，13.中央控制器，14.第一电动伸缩杆机，15.反射镜，16.第二电动伸缩杆机，17.熔覆头。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步详细说明本发明的技术方案。
实施例
用本发明对国内新型SPCC冷轧碳钢管道内壁直径200mm的激光熔覆装置如图1所示，包括：光纤接头1、筒体6、送粉嘴12、熔覆头17、固定装置和调节装置，其中固定装置包括卡座2、连接板5和连接法兰4，筒体6包括激光通道8、送粉管9和水冷管10，激光通道8内沿激光前进方向依次设有准直镜3、保护镜7和聚焦镜11，所述光纤接头1与筒体6左端固定连接，所述卡座2固定安装在筒体外壁预置的凹槽中并通过螺栓加以固定，所述连接板5与卡座2通过螺栓固定连接，所述连接板5另一端与连接法兰4焊接连接，所述调节装置包括固定设置在熔覆头17外壁顶端的第一小型电动伸缩杆机14和右端的第二小型电动伸缩杆机16，第一小型电动伸缩杆机14的电动伸缩杆和第二小型电动伸缩杆机16的电动伸缩杆分别由熔覆头17顶端和右端外壁伸入熔覆头内部与反射镜15两端连接，中央控制器13控制两个伸缩杆使反射镜在5°～10°角度范围内转动，所述送粉嘴固定安装在熔覆头17外壁底端。本发明实施例提供的中小管内壁激光熔覆装置，将送粉管和水冷管隐藏于装置内部，既减小了整个装置的外形尺寸和重量，又有利于加工更小更深管道内壁。调节装置精确调节反射镜的角度，根据激光熔覆的搭接率可以调整两个伸缩杆的联动频率，有效利用了激光能量，保证管道内壁螺旋式激光熔覆的顺利进行，以得到良好的质量。
工作参数如下：激光功率800W，光斑直径2mm，预热温度100°，光斑搭接率25％，光斑扫描速率4mm/s，送粉速率5L/min，保护气体速率5L/min。
具体实施例中，如图1所示，卡座2固定安装在筒体外壁预置的凹槽中并通过螺栓加以固定，所述连接板5一端与卡座2通过螺栓固定连接，所述连接板5另一端与连接法兰4焊接连接，连接法兰与机械手臂同轴度为0.1。所述螺栓皆为标准件。
具体实施例中，如图1所示，激光通道8内沿激光前进方向依次设有准直镜3、保护镜7、聚焦镜11。
具体实施例中，如图1所示，送粉管9固定设置在筒体6内部，通至熔覆头17内连接送粉嘴12，激光熔覆前观察送粉管9和送粉嘴12送粉是否通畅且均匀，激光熔覆时粉末在激光发射前5秒预置送出。
具体实施例中，如图1所示，水冷管左端外接水冷机，固定环绕设置在筒体内部，激光熔覆时水冷机工作，左端进水，右端出水，循环制冷。
具体实施例中，如图1所示，熔覆头17到达指定位置进行第一道激光熔覆，此时第一小型电动伸缩杆机14的电动伸缩杆和第二小型电动伸缩杆机16的电动伸缩杆16分别置于初始位置，即激光束经过反射镜15沿原光路向下产生90°偏转；熔覆头17转动的同时第一电动伸缩杆14以0.01mm/s的速率伸长2mm，第二电动伸缩杆16以0.01mm/s的速率缩短2mm，调节反射镜15逆时针转动5°，即激光束沿原光路向下产生95°偏转。每道激光熔覆结束时第一电动伸缩杆和第二电动伸缩杆复位，再重复以上过程。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种中小直径管道内壁激光熔覆的装置，其特征在于，所述装置由光纤接头、筒体、送粉嘴、熔覆头、用来连接筒体和机械手臂的固定装置、调节装置和中央控制器组成，筒体包括激光通道、送粉管和水冷管，激光通道内沿激光前进方向依次设有准直镜、保护镜和聚焦镜，所述光纤接头与筒体左端固定连接，所述调节装置包括固定设置在熔覆头外壁顶端的第一小型电动伸缩杆机和右端的第二小型电动伸缩杆机，第一小型电动伸缩杆机的电动伸缩杆和第二小型电动伸缩杆机的电动伸缩杆分别由熔覆头顶端和右端外壁伸入熔覆头内部与反射镜两端连接，中央控制器控制两个伸缩杆使反射镜在5°～10°角度范围内转动，所述送粉嘴固定安装在熔覆头外壁底端。
2.如权利要求1所述的一种中小直径管道内壁激光熔覆的装置，其特征在于，固定装置包括卡座、连接板和连接法兰；所述卡座固定安装在筒体外壁预置的凹槽中，并通过螺栓加以固定，所述连接板一端与卡座通过螺栓固定连接，所述连接板另一端与连接法兰焊接连接，连接法兰与机械手臂法兰盘通过螺栓固定连接，连接法兰与机械手臂同轴度为0.1；所述螺栓皆为标准件。
3.如权利要求1所述的一种中小直径管道内壁激光熔覆的装置，其特征在于，所述送粉管固定设置在筒体内部，送粉管通至熔覆头内连接送粉嘴，激光熔覆前观察送粉管和送粉嘴送粉是否通畅且均匀，激光熔覆时粉末在激光发射前5秒预置送出。
4.如权利要求1所述的一种中小直径管道内壁激光熔覆的装置，其特征在于，所述水冷管左右两端外接水冷机，固定环绕设置在筒体内部，激光熔覆时水冷机工作，左端进水，右端出水，循环制冷。
5.如权利要求1所述的一种中小直径管道内壁激光熔覆的装置，其特征在于，所述调节装置由中央控制器发出信号，第一电动伸缩杆机和第二电动伸缩杆机联动控制反射镜，激光熔覆时，第一电动伸缩杆伸长，第二电动伸缩杆缩短，反射镜逆时针旋转，根据激光熔覆的搭接率调整两个伸缩杆的伸缩速率，保证管道内壁螺旋式激光熔覆的顺利进行，以得到良好的熔覆质量。
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