CN109267065A - 一种船用可调桨损伤修复装置及其修复方法 - Google Patents

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刘志强
张亚男
陈超
徐江敏
郭昊
顾献安
郭世建
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Marine Equipment and Technology Institute Jiangsu University of Science and Technology
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
    • C23C24/10—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat with intermediate formation of a liquid phase in the layer

Abstract

本发明涉及一种船用可调桨损伤修复装置及其修复方法，包括机架以及通过可调桨固定支架固定在机架上的可调桨，在所述机架内还设置有六杆机构运动台和激光熔覆头，所述六杆机构运动台包括静平台、动平台和电动驱动杆，所述静平台通过螺栓连接固定在机架上，电动驱动杆通过球铰连接在动、静平台之间，所述各电动驱动杆均采用伺服电机分别进行驱动，从而带动动平台运动；所述激光熔覆头通过连接支架与六杆机构运动台中的动平台进行连接。本发明的优点在于：本发明采用激光熔覆技术进行损伤修复，突破了原生表面和再生曲面搭接工艺难题，实现损伤桨叶的服役寿命周期显著延长，从而满足桨叶寿命延长的新的市场需求。

Description

一种船用可调桨损伤修复装置及其修复方法
技术领域
本发明属于机械制造业领域，特别涉及一种船用可调桨损伤修复装置及其修复方法。
背景技术
当前船用螺旋桨广泛采用锰铁黄铜作为制造材料，在使用时表面腐蚀损伤、碰撞裂纹损伤、折断损伤，由于没有响应可靠的修复技术，大多数船厂只能更换新的螺旋桨，那么就造成了极大的资源浪费。现有针对螺旋桨修复大多为真空钎焊、钨极惰性气体保护焊等螺旋桨焊接方法，这些传统方法在修复船用螺旋桨时热输入量巨大，形成的热影响区域极易产生热裂纹进而引起桨叶的收缩变形，严重影响其水动力学性能，甚至桨叶发生再次折断。运用激光熔覆能解决船用螺旋桨损伤修复与再制造，突破原生表面与再生曲面搭接工艺难题，实现损伤桨叶的服役寿命周期显著延长，从而满足桨叶寿命延长的新的市场需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种船用可调桨损伤修复装置及其修复方法，运用激光熔覆技术，解决了螺旋桨损伤修复的原生表面和再生曲面搭接的难题，延长了损伤桨叶的工作寿命。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种船用可调桨损伤修复装置，其创新点在于：包括机架以及通过可调桨固定支架固定在机架上的可调桨，在所述机架内还设置有
六杆机构运动台，所述六杆机构运动台包括静平台、动平台和电动驱动杆，所述静平台通过螺栓连接固定在机架上，电动驱动杆通过球铰连接在动、静平台之间，所述各电动驱动杆均采用伺服电机分别进行驱动，从而带动动平台运动；
激光熔覆头，所述激光熔覆头通过连接支架与六杆机构运动台中的动平台进行连接；所述激光熔覆头包括激光发射装置和送粉装置，所述连接支架包括连接立柱、连接斜板、固定小支架A和固定小支架B，所述连接立柱通过螺钉分别与六杆机构运动台中的动平台和连接斜板进行固定，所述固定小支架A用于激光熔覆头的送粉装置和连接斜板的连接，所述固定小支架B用于激光熔覆头的激光发射装置和连接斜板的连接。
进一步地，所述可调桨固定支架由四爪卡盘和固定座组成，可调桨通过四爪卡盘的卡爪进行固定，四爪卡盘通过螺栓连接与固定座进行固连，固定座通过螺栓连接固定在机架上。
进一步地，所述送粉装置由送粉管和保护气体输送装置组成，所述送粉管包括依次设置的送粉入口、送粉管本体和出粉口，所述保护气体输送装置包括依次设置的保护气体入口、保护气体输送管和保护气体出口，且所述送粉入口和保护气体入口均大于出粉口和保护气体出口。
一种上述的船用可调桨损伤修复装置的修复方法，其创新点在于：所述修复方法包括如下步骤：
步骤S1：1:1全息投影探伤：采用干板、扩束镜、反光镜以及氦氖激光源进行1:1全息投影探伤，即首先氦氖激光源发射激光束，通过分束镜分成两条光束，分别通过扩束镜进行光束直径扩大，随后通过反光镜进行光束位置调整，一条光束照在被测桨叶上，反射在干板上，与另一条直接照在干板上的光束相互干涉，生成全息投影图；
步骤S2：分析损伤可修复性：分析全息投影图，当0.65R—1.0R之间裂纹长度小于等于该处桨叶弧长的1/2，0.4R—0.65R之间裂纹长度小于等于该处桨叶弧长2/5，以及螺旋桨直径小于等于2m时桨毂处裂纹长度小于等于该处桨叶弧长1/4时，桨叶边缘表面水蚀，桨叶表面铸造缺陷皆可激光熔覆修复；其中，R是螺旋桨半径；
步骤S3：可修复损伤激光熔覆修复：对螺旋桨激光熔覆层前处理，然后检测熔覆品质。
进一步地，所述步骤S3中激光熔覆层前处理的具体工艺为激光功率为2000W；扫描速度为240～450mm/min；光斑大小为3～5mm；粉末采用稀土氧化物Y2O3，送粉量为7～35g/min；熔覆过程采用氩气作为保护气体，其送气压力为50pa。
进一步地，所述步骤S3中检测熔覆品质，包括对熔覆后的进行尺寸检查，确保有足够的厚度可以进行表面加工，达到最终要求。
本发明的优点在于：本发明船用可调桨损伤修复装置及其修复方法，采用激光熔覆技术进行损伤修复，突破了原生表面和再生曲面搭接工艺难题，实现损伤桨叶的服役寿命周期显著延长，从而满足桨叶寿命延长的新的市场需求。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明中螺旋桨损伤修复装置结构示意图。
图2为本发明中送粉装置结构示意图。
图3为本发明中全息投影探伤原理图。
具体实施方式
下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例
本实施例船用可调桨损伤修复装置，如图1所示，包括机架15以及通过可调桨固定支架固定在机架15上的可调桨12，实施例中，可调桨固定支架由四爪卡盘13和固定座14组成，可调桨12通过四爪卡盘13的卡爪进行固定，四爪卡盘13通过螺栓连接与固定座14进行固连，固定座14通过螺栓连接固定在机架15上。
在机架15内还设置有六杆机构运动台和激光熔覆头，六杆机构运动台包括静平台1、动平台5和电动驱动杆3，静平台1通过螺栓连接固定在机架15上，电动驱动杆3通过上球铰2和下球铰4连接在静平台1和动平台5之间，各电动驱动杆3均采用伺服电机分别进行驱动，从而带动动平台运动，最终带动激光熔覆头进行工作。
激光熔覆头通过连接支架与六杆机构运动台中的动平台5进行连接；激光熔覆头包括激光发射装置11和送粉装置9，连接支架包括连接立柱6、连接斜板7、固定小支架8和固定小支架10，连接立柱6通过螺钉分别与六杆机构运动台中的动平台5和连接斜板7进行固定，固定小支架8用于激光熔覆头的送粉装置9和连接斜板7的连接，固定小支架10用于激光熔覆头的激光发射装置11和连接斜板7的连接。
实施例中，送粉装置9由送粉管和保护气体输送装置组成，送粉管包括依次设置的送粉入口16、送粉管本体17和出粉口18，保护气体输送装置包括依次设置的保护气体入口19、保护气体输送管20和保护气体出口21，且送粉入口16和保护气体入口19均大于出粉口18和保护气体出口21。
本实施例船用可调桨损伤修复装置的修复方法，该修复方法包括如下步骤：
步骤S1：1:1全息投影探伤：如图3所示，采用干板、扩束镜、反光镜以及氦氖激光源进行1:1全息投影探伤，即首先氦氖激光源发射激光束，通过分束镜分成两条光束，分别通过扩束镜进行光束直径扩大，随后通过反光镜进行光束位置调整，一条光束照在被测桨叶上，反射在干板上，与另一条直接照在干板上的光束相互干涉，生成全息投影图；
步骤S2：分析全息投影图，当0.65R—1.0R之间裂纹长度小于等于该处桨叶弧长的1/2，0.4R—0.65R之间裂纹长度小于等于该处桨叶弧长2/5，以及螺旋桨直径小于等于2m时桨毂处裂纹长度小于等于该处桨叶弧长1/4时，桨叶边缘表面水蚀，桨叶表面铸造缺陷皆可激光熔覆修复；其中，R是螺旋桨半径；
步骤S3：可修复损伤激光熔覆修复：通过螺旋桨固定支架的四爪卡盘13，把螺旋桨稳定固定在机架15上，激光熔覆头的激光发射装置通电，发射出功率2000W的激光，光斑大小为3～5mm，同时送粉装置进行输送Y2O3粉末，其送粉量约7～35g/min，保护气体部分输送氩气进行修复面保护，其送气压力为50pa，通过电缸带动驱动杆运动，从而带动整个激光熔覆头进行可调桨表面损伤修复，扫描修复的速度为240～450mm/min，最后检查熔覆后的尺寸，确保有足够的厚度可以进行表面加工，达到最终修复要求。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种船用可调桨损伤修复装置，其特征在于：包括机架以及通过可调桨固定支架固定在机架上的可调桨，在所述机架内还设置有
六杆机构运动台，所述六杆机构运动台包括静平台、动平台和电动驱动杆，所述静平台通过螺栓连接固定在机架上，电动驱动杆通过球铰连接在动、静平台之间，所述各电动驱动杆均采用伺服电机分别进行驱动，从而带动动平台运动；
激光熔覆头，所述激光熔覆头通过连接支架与六杆机构运动台中的动平台进行连接；所述激光熔覆头包括激光发射装置和送粉装置，所述连接支架包括连接立柱、连接斜板、固定小支架A和固定小支架B，所述连接立柱通过螺钉分别与六杆机构运动台中的动平台和连接斜板进行固定，所述固定小支架A用于激光熔覆头的送粉装置和连接斜板的连接，所述固定小支架B用于激光熔覆头的激光发射装置和连接斜板的连接。
2.根据权利要求1所述的船用可调桨损伤修复装置，其特征在于：所述可调桨固定支架由四爪卡盘和固定座组成，可调桨通过四爪卡盘的卡爪进行固定，四爪卡盘通过螺栓连接与固定座进行固连，固定座通过螺栓连接固定在机架上。
3.根据权利要求1或2所述的船用可调桨损伤修复装置，其特征在于：所述送粉装置由送粉管和保护气体输送装置组成，所述送粉管包括依次设置的送粉入口、送粉管本体和出粉口，所述保护气体输送装置包括依次设置的保护气体入口、保护气体输送管和保护气体出口，且所述送粉入口和保护气体入口均大于出粉口和保护气体出口。
4.一种权利要求1所述的船用可调桨损伤修复装置的修复方法，其特征在于：所述修复方法包括如下步骤：
步骤S1：1:1全息投影探伤：采用干板、扩束镜、反光镜以及氦氖激光源进行1:1全息投影探伤，即首先氦氖激光源发射激光束，通过分束镜分成两条光束，分别通过扩束镜进行光束直径扩大，随后通过反光镜进行光束位置调整，一条光束照在被测桨叶上，反射在干板上，与另一条直接照在干板上的光束相互干涉，生成全息投影图；
步骤S2：分析损伤可修复性：分析全息投影图，当0.65R—1.0R之间裂纹长度小于等于该处桨叶弧长的1/2，0.4R—0.65R之间裂纹长度小于等于该处桨叶弧长2/5，以及螺旋桨直径小于等于2m时桨毂处裂纹长度小于等于该处桨叶弧长1/4时，桨叶边缘表面水蚀，桨叶表面铸造缺陷皆可激光熔覆修复；其中，R是螺旋桨半径；
步骤S3：可修复损伤激光熔覆修复：对螺旋桨激光熔覆层前处理，然后检测熔覆品质。
5.根据权利要求4所述的船用可调桨损伤修复装置的修复方法，其特征在于：所述步骤S3中激光熔覆层前处理的具体工艺为激光功率为2000W；扫描速度为240～450mm/min；光斑大小为3～5mm；粉末采用稀土氧化物Y2O3，送粉量为7～35g/min；熔覆过程采用氩气作为保护气体，其送气压力为50pa。
6.根据权利要求4所述的船用可调桨损伤修复装置的修复方法，其特征在于：所述步骤S3中检测熔覆品质，包括对熔覆后的进行尺寸检查，确保有足够的厚度可以进行表面加工，达到最终要求。
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