CN109604594B - 一种壳体类铸件激光修复用同轴送粉头装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种壳体类铸件激光修复用同轴送粉头装置，由铰链连接块和组合可调式带水冷送粉管构成，组合可调式带水冷送粉管包括上连接杆、下连接杆、送粉管、水冷套、卡箍、数显倾角仪等模块。其中组合可调式带水冷送粉管通过调节连接杆、卡箍实现送粉管在不同高度、方向上的摆动与定位，借助数显倾角仪和连接杆上的刻度线同步显示送粉管的倾斜角度，保证四组送粉管角度、延伸距离的一致匹配。本发明通过对送粉管角度的精确调节和定位，保证激光、粉末良好耦合效果的同时，满足了大深度、局部范围缺陷位置的修复需求。

Description

一种壳体类铸件激光修复用同轴送粉头装置

技术领域

本发明涉及一种壳体类铸件激光修复用同轴送粉头装置，适用于壳体类铸件大深度、局部范围缺陷部位的激光修复成形，属于金属成形领域。

背景技术

涡轮泵是液氧煤油火箭发动机的关键组件，有发动机“心脏”之称。其中，壳体类铸件长时间在低温、高速冲刷、大振动等特殊环境中工作，对力学性能要求较高。当前，由精密铸造方法制造的壳体铸件受高强不锈钢真空熔炼工艺、壳体结构复杂等因素影响，产品内部质量较难控制，容易出现疏松、缩孔等缺陷，且缺陷区域面积较大、位置较深，为保产品交付进度，节约经济成本，需对壳体类铸件非关键部位处的缺陷进行修复。

激光熔化沉积修复技术是由计算机控制的一种数字化修复技术，修复过程能量在功率密度和时空分布上可控性高，对基体铸件热输入小，且修复组织内部无宏观偏析，晶粒细小，力学性能可完全达到或优于铸件性能水平。采用该技术修复壳体类铸件，修复效率高，人员劳动强度小，且缺陷部位一次修复合格率大幅提升，修复过程可靠性高，质量稳定性好，避免了传统补焊修复时返修、二次补焊过程中大量非必要的生产成本。

当前激光熔化修复送粉头装置为设备配套通用部件，其结构固定不可调，修复时需根据送粉头尺寸分析缺陷部位的修复可达性，只能局限于一定坡口角度及深度范围内缺陷的修复，对于壳体类铸件上部分大深度、局部范围缺陷而言，完成修复需增大坡口开设空间以避免与基体的干涉，将大大增加修复工作量，甚至影响铸件关键区域部位。为此，需开发一种激光修复用同轴送粉头装置，以满足壳体类铸件大深度、局部范围缺陷的修复成形。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种壳体类铸件激光修复用同轴送粉头装置，以实现壳体类铸件大深度、局部范围缺陷部位的激光修复。

本发明目的通过如下技术方案予以实现：

提供一种壳体类铸件激光修复用同轴送粉头装置，包括铰链连接块、4组可调式带水冷送粉管组件；

每组可调式带水冷送粉管组件包括角度调节组件、送粉管以及水冷套；

水冷套套设在送粉管的外部，为送粉管降温；

角度调节组件包括可相互调节连接角度的上连接杆和下连接杆；上连接杆连接至铰链连接块，与铰链连接块的连接角度可调节；下连接杆平行固定至水冷套；调节下连接杆的倾角使得送粉角度与坡口开设角度相匹配；

4组可调式带水冷送粉管组件沿周向均匀分布，4组上连接杆、下连接杆的倾角均保持一致。

优选的，还包括倾角仪，倾角仪检测一个下连接杆的倾斜角度。

优选的，铰链连接块连接至激光熔覆头，铰链连接块底座四角上钻有螺纹孔，用于连接激光熔覆头；铰链连接块具有四个棱边，每个棱边的中心上布有 1组用于连接上连接杆的凸台；凸台底部具有角度刻度，上连接杆上部具有定位指示线，能够指示二者轴线之间夹角的变化。

优选的，上连接杆的下部具有角度刻度，下连接杆上部具有定位指示线，能够指示二者轴线之间的夹角变化。

优选的，调整一组上连接杆和下连接杆，倾角仪检测的角度达到调节目标角度后，读取上连接杆与下连接杆之间的夹角变化指示值，并按照该夹角变化指示值，调节另外三组上连接杆与下连接杆的夹角；读取上连接杆与铰链连接块之间的夹角变化指示值，并按照该夹角变化指示值，调节另外三组上连接杆与铰链连接块之间的夹角。

优选的，上连接杆与铰链连接块之间的夹角调节后通过连接螺栓固定并锁紧。

优选的，送粉管为紫铜材质，外径与水冷套内径为间隙配合，装入水冷套后用锁紧螺钉固定，水冷套轴线与下连接杆轴线保持平行。

优选的，上连接杆和下连接杆采用45#钢；倾角仪底部具有磁铁，吸附在下连接杆。

优选的，下连接杆设置卡箍，用于将下连接杆平行固定至水冷套。

优选的，送粉管露出水冷套的长度根据送粉管前端与焦平面的距离调节。

同时提供一种所述的壳体类铸件激光修复用同轴送粉头装置的使用方法，包括如下步骤：

(1)将送粉管装入水冷套的中，用锁紧螺钉定位；下连接杆上的卡箍将水冷套平行固定于下连接杆上，拧紧螺栓保证送粉管的轴线与下连接杆轴线的平行；使下连接杆的定位指示线指向上连接杆下部刻度0位，互相定位连接；使上连接杆的定位指示线指向铰链连接块下部刻度0位，互相定位连接；

(2)将铰链连接块固定至激光熔覆头上，在一个下连接杆上安装倾角仪，并进行归零；

(3)获取坡口开设角度，调节上连接杆和下连接杆使得倾角仪显示的角度等于坡口开设角度；读取上连接杆与下连接杆之间的夹角变化指示值，并按照该夹角变化指示值，调节另外三组上连接杆与下连接杆的夹角；上连接杆与铰链连接块之间的夹角变化指示值，并按照该夹角变化指示值，调节另外三组上连接杆与铰链连接块之间的夹角；

(4)锁紧上连接杆与铰链连接块、锁紧上连接杆与下连接杆，取下倾角仪，完成激光送粉头的准备工作，并开始对缺陷部位进行修复。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本壳体类铸件激光修复用同轴送粉头装置设计结构轻便，没有多余组成部分，易于制造，材料成本低廉，各零部件通过螺栓实现紧固连接且方便拆卸；

(2)本发明的装置实用性高，能够实现粉末均匀、连续、高汇聚性的输出，通过调节连接杆可实现送粉管在不同高度、方向上的摆动与定位，加装数显倾角仪可同步显示送粉管倾斜角度，实现送粉管角度高精度调节，满足壳体类铸件不同缺陷范围、坡口角度下的激光修复需求；

(3)本发明的两组连接杆上的刻度指示线保证了四路送粉管粉末流角度及发散角的一致匹配，送粉管上添加水冷套避免了修复过程中送粉管过热造成粉末堵塞与粘附。

附图说明

图1为是本发明壳体类铸件激光修复设备用同轴送粉头的各部分示意图。

其中1为铰链连接块；2为上连接杆；3为下连接杆；4为连接螺栓；5 为送粉管；6为水冷套；7为卡箍；8为数显倾角仪。

具体实施方式

本发明提供了一种壳体类铸件激光修复用同轴送粉头装置：由铰链连接块1、上连接杆2、下连接杆3、连接螺栓4、送粉管5、水冷套6、卡箍7、数显倾角仪8构成。

送粉管5装入水冷套的中心孔中，用锁紧螺钉定位，使用卡箍7将水冷套固定于下连接杆3上，送粉管轴线与下连接杆3中轴线保持平行，且送粉管前端可根据修复时不同角度设置匹配的延伸长度，保证了送粉管前端与修复熔池的距离。

上连接杆2与带有刻度线的铰链连接块1通过螺栓完成连接，上连接杆2 可根据铰链连接块1上的刻度调节至不同角度；将装有送粉管的上连接杆2、下连接杆3通过螺栓完成连接，下连接杆3可根据上连接杆1的刻度调节至不同角度，上、下连接杆协同转动可实现送粉管在不同高度、方向上的摆动和定位，保证了修复大深度、局部范围缺陷时送粉管的可达性，在下连接杆上安装数显倾角仪同步显示送粉管倾斜角度可实现送粉管角度的高精度调节，其余送粉管通过铰链块和连接杆上的刻度调节使四组送粉管倾斜角度一致，从而实现光、粉的良好耦合。

铰链连接块1用于连接激光熔覆头和送粉管，铰链连接块1底座四角上钻有4×M5的螺纹孔，用于连接激光熔覆头，铰链连接块1四个棱边中心上均布有1组凸台，用M6的螺栓固定，凸台底部用激光打标机刻有20个均等分刻度，每组刻度之间角度为9°。

所述送粉管为紫铜材质，内径2mm，壁厚1.5mm，外径与水冷套内径配合间隙为0.1mm，装入水冷套后用锁紧螺钉固定，水冷套轴线与下连接杆 3轴线保持平行，送粉管露出长度根据送粉管前端与焦平面的距离调节。

在上述的一种壳体类铸件激光修复用同轴送粉头装置中，所述上、下连接杆前端平面中心轴线上刻有指示线，上连接杆2末端用激光打标机刻有20 个均等分刻度，每组刻度之间角度为9°。

下连接杆3上安装有数显倾角仪8，通过底部的强力磁铁吸附在连接杆上，可同步显示送粉管的倾斜角度，其余送粉管以装有数显倾角仪8的连接杆对应刻度读数为准，通过调节上、下连接杆使四路送粉管角度保持一致。

其中送粉管5和水冷套6材料为紫铜，采用挤压方式成形；铰链连接块、连接杆使用的材料均为45#钢，采用车铣加工成形。用于紧固的连接螺栓、卡箍均采用标准规格件。

送粉管5的组装通过下述步骤进行：首先将送粉管5装入水冷套6的中心孔中，用锁紧螺钉定位，使用卡箍将水冷套6固定于下连接杆3上，拧紧螺栓保证管轴线与下连接杆3轴线的平行；通过螺栓连接组装有送粉管5和水冷套 6的上连接杆2和下连接杆3，使上连接杆2末端处刻度指示线指向下连接杆3 前端的刻度0位，互相定位后再由紧固螺栓定位锁紧。

按上述步骤将四组送粉管组装完成，每组送粉管通过连接螺栓4与铰链连接块1完成连接，使连接杆轴线与铰链连接块棱边中心线重合，铰链连接块1下端处刻度指示线指向上连接杆2前端的刻度0位。

按上述步骤完成激光同轴送粉头组装完成后，通过螺栓将激光送粉头固定至激光熔覆头上，在一组送粉管上安装数显倾角仪8，数显倾角仪8通过强力磁铁吸附在上连接杆2上，固定位置后进行归零。

实际修复前，根据缺陷部位确定激光熔覆头焦平面位置，通过坡口开设角度确定装有数显倾角仪的下连接杆3的调节角度，松开卡箍7调节送粉管 5的延伸长度使送粉管5前端喷粉口至焦平面的距离与改进前送粉管前端与焦平面的竖直距离保持一致，通过转动装有数显倾角仪8的上连接杆2、下连接杆3实现送粉管角度的精确调节，读取此时上连接杆2、下连接杆3上的对应刻度数，将剩余三组送粉管5角度调节至一致，完成激光送粉头的准备工作，并开始对缺陷部位进行修复。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (7)

1.一种壳体类铸件激光修复用同轴送粉头装置，其特征在于，包括铰链连接块(1)、4组可调式带水冷送粉管组件；

每组可调式带水冷送粉管组件包括角度调节组件、送粉管(5)以及水冷套(6)；

水冷套(6)套设在送粉管(5)的外部，为送粉管(5)降温；

角度调节组件包括可相互调节连接角度的上连接杆(2)和下连接杆(3)；上连接杆(2)连接至铰链连接块(1)，与铰链连接块(1)的连接角度可调节；下连接杆(3)平行固定至水冷套(6)；调节下连接杆(3)的倾角使得送粉角度与坡口开设角度相匹配；

4组可调式带水冷送粉管组件沿周向均匀分布，4组上连接杆(2)、下连接杆(3)的倾角均保持一致；

还包括倾角仪，倾角仪检测一个下连接杆(3)的倾斜角度；

铰链连接块连接至激光熔覆头，铰链连接块底座四角上钻有螺纹孔，用于连接激光熔覆头；铰链连接块具有四个棱边，每个棱边的中心上布有1组用于连接上连接杆(2)的凸台；凸台底部具有角度刻度，上连接杆(2)上部具有定位指示线，能够指示二者轴线之间夹角的变化；

上连接杆(2)的下部具有角度刻度，下连接杆(3)上部具有定位指示线，能够指示二者轴线之间的夹角变化；

调整一组上连接杆(2)和下连接杆(3)，倾角仪检测的角度达到调节目标角度后，读取上连接杆(2)与下连接杆(3)之间的夹角变化指示值，并按照该夹角变化指示值，调节另外三组上连接杆(2)与下连接杆(3)的夹角；读取上连接杆(2)与铰链连接块(1)之间的夹角变化指示值，并按照该夹角变化指示值，调节另外三组上连接杆(2)与铰链连接块(1)之间的夹角。

2.根据权利要求1所述的一种壳体类铸件激光修复用同轴送粉头装置，其特征在于，上连接杆(2)与铰链连接块(1)之间的夹角调节后通过连接螺栓(4)固定并锁紧。

3.根据权利要求1所述的一种壳体类铸件激光修复用同轴送粉头装置，其特征在于，送粉管为紫铜材质，外径与水冷套内径为间隙配合，装入水冷套后用锁紧螺钉固定，水冷套轴线与下连接杆轴线保持平行。

4.根据权利要求1所述的一种壳体类铸件激光修复用同轴送粉头装置，其特征在于，上连接杆(2)和下连接杆(3)采用45#钢；倾角仪底部具有磁铁，吸附在下连接杆(3)。

5.根据权利要求1所述的一种壳体类铸件激光修复用同轴送粉头装置，其特征在于，下连接杆(3)设置卡箍(7)，用于将下连接杆(3)平行固定至水冷套(6)。

6.根据权利要求1所述的一种壳体类铸件激光修复用同轴送粉头装置，其特征在于，送粉管(5)露出水冷套(6)的长度根据送粉管前端与焦平面的距离调节。

7.一种权利要求1所述的壳体类铸件激光修复用同轴送粉头装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将送粉管(5)装入水冷套(6)中，用锁紧螺钉定位；下连接杆(3)上的卡箍(7)将水冷套(6)平行固定于下连接杆(3)上，拧紧螺栓保证送粉管(5)的轴线与下连接杆(3)的轴线平行；使下连接杆(3)的定位指示线指向上连接杆(2)下部刻度0位，互相定位连接；使上连接杆(2)的定位指示线指向铰链连接块(1)下部刻度0位，互相定位连接；

(2)将铰链连接块(1)固定至激光熔覆头上，在一个下连接杆(3)上安装倾角仪(8)，并进行归零；

(3)获取坡口开设角度，调节上连接杆(2)和下连接杆(3)使得倾角仪显示的角度等于坡口开设角度；读取上连接杆(2)与下连接杆(3)之间的夹角变化指示值，并按照该夹角变化指示值，调节另外三组上连接杆(2)与下连接杆(3)的夹角；读取上连接杆(2)与铰链连接块(1)之间的夹角变化指示值，并按照该夹角变化指示值，调节另外三组上连接杆(2)与铰链连接块(1)之间的夹角；

(4)锁紧上连接杆(2)与铰链连接块(1)、锁紧上连接杆(2)与下连接杆(3)，取下倾角仪，完成激光送粉头的准备工作，并开始对缺陷部位进行修复。

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