CN110202259A - 水下激光增材修复装置 - Google Patents

Abstract

本发明给出了一种水下激光增材修复装置；包括激光器、密封激光头、气管、充气阀、排气罩、固定密封圈和送丝组件；激光器与密封激光头通过光纤连接，密封激光头伸入排气罩，固定密封圈固定在排气罩开口边缘，气管一端与高压气源连通，气管另一端通过充气阀与排气罩内部连通；送丝组件的送丝导管一端伸入排气罩，驱动电机和送丝导辊设置在外壳内部空腔中，驱动电机同步带动两个送丝导辊运转，处于外壳内的送丝导管侧壁开有通孔，送丝导辊侧壁伸入对应的通孔内且与熔敷丝材侧壁接触。排气罩下部分置于需修复处，通高压保护气使保护罩内形成干腔；开启激光器出准直确定激光修复开始位置点；激光器走预设修复程序同时送进熔敷丝材，进行修复操作。

Description

水下激光增材修复装置

技术领域

本发明涉及表面工程领域中的一种水下激光增材修复装置，可以用于船 舶、海洋平台、核电站水下机构、水下管路等进行水下激光增材快速修复。

背景技术

船舶、海洋工程结构、海底管道等设施设备因常年在海上工作，其工作环境极为恶劣，除受到结构的工作载荷外，还要承受风暴、波浪、潮流引起的附加载荷以及海水腐蚀、生物腐蚀、砂流的磨蚀、地震或寒冷地区冰流的侵袭。而且海洋结构的主要部分在水下，服役后的检查和修补很困难，费用也高，一旦发生重大结构损伤或倾覆事故，将造成生命财产的严重损失。

所以对船舶、海洋工程结构、海底管道等设施设备的维护维修是一项长 期的战略任务，大量的水下工程结构维护维修对水下修复技术提出了新的要 求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种水下激光增材修复装置，该修复 装置可用于船舶、海洋平台、核电站水下机构、水下管路等水下激光增材快 速修复。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种水下激光增材修复装置；

包括激光器、密封激光头、气管、充气阀、排气罩、固定密封圈和送丝 组件；

激光器与密封激光头通过光纤连接，密封激光头伸入排气罩内，密封激 光头对准待修复的区域，固定密封圈固定在排气罩开口边缘，气管一端与高 压气源连通，气管另一端通过充气阀与排气罩内部连通；

所述送丝组件包括送丝导管、外壳、驱动电机和若干送丝导辊，送丝导 管一端处于排气罩外侧，送丝导管的另一端伸入排气罩且靠近待修复的区域， 送丝导管内孔可供熔敷丝材通过，外壳包裹在送丝导管的中部外侧，驱动电 机和若干送丝导辊设置在外壳内部空腔中，驱动电机同步带动两个送丝导辊 运转，所述送丝导辊两端支撑在外壳空腔内壁上，处于外壳内的送丝导管侧 壁开有若干通孔，所述通孔与所述送丝导辊为一一对应关系，所述送丝导辊 侧壁伸入对应的通孔内且与处于送丝导管内的熔敷丝材侧壁接触。

采用这样的结构后，先确定设备水下需修复的部位，排气罩下部分置于 需修复处，通高压保护气，使保护罩内形成局部干腔；开启激光器出准直确 定激光修复开始位置点及光斑尺寸；激光器走预设修复程序同时送进熔敷丝 材，进行修复操作；修复后进行表面处理和探伤等后处理。

本水下激光增材修复装置与现有技术相比具有以下优点：

使用连续波长的高功率光纤激光器。使用光纤激光器激光传输方便、传 输距离长、光纤传输非常适合与水下实际应用；使用连续波长的激光器可以 保证水下激光增材修复时热源稳定，从而保证激光熔池稳定，增材修复层成 形好；使用高功率激光器有利于提高修复效率。使用送丝组件有利于送丝的 准确性和焊丝对准性。

为了更清楚的理解本发明的技术内容，以下将本水下激光增材修复装置 简称为本修复装置。

本修复装置还包括实时监控组件，实施监控组件包括监控探头，监控探 头伸入排气罩内，并且监控探头对准待修复的区域；采用这样的结构后，使 用监控探头，可以对水下激光增材修复过程进行实时监控，有利于修复质量 控制。

本修复装置靠近待修复区域位置的送丝导管内壁设有与熔敷丝材接触的 环状密封圈；采用这样的结构后，环状密封圈可以避免水进入送丝导管内。

本修复装置的送丝导管远离排气罩一侧端口与高压气源连通；采用这样 的结构后，高压气源对送丝导管内进行输气，使送丝导管内产生正压，进一 步避免海水进入。

本修复装置的激光器为连续波长的高功率光纤激光器；采用这样的结构 后，激光器更符合本修复装置的技术要求。

附图说明

图1是本修复装置实施例的使用状态图。

图2是本修复装置实施例送丝组件的使用状态图。

图3是图2的A部放大图。

具体实施方式

如图1至3所示

本修复装置包括激光器13、密封激光头11、气管32、充气阀33、排气 罩2、固定密封圈21、实时监控组件和送丝组件。

激光器13为连续波长高功率光纤激光器13，电源可由船载电源供电或发 电机供电，电压为220V交流电。激光器13与密封激光头11通过光纤12连 接，密封激光头11具有防水性能，密封激光头11内有聚焦镜和防护镜。

排气罩2为金属材料的高压气体排气罩2，排气罩2大体为倒置的漏斗状， 密封激光头11伸入排气罩2内，密封激光头11处于排气罩2顶部，密封激 光头11对准待修复的区域，固定密封圈21粘合在排气罩2开口边缘，排气 罩2只通过开口处直接与外部连通。

气管32一端与高压气源连通，气管32另一端通过充气阀33与排气罩2 内部连通，高压气源内为高压气瓶31，高压气瓶31内存放纯氩气，高压气瓶 31内气体压力不小于5MPa。

实施监控组件包括监控探头41，监控探头41为防水密封高速高清摄像仪， 监控探头41伸入排气罩2内，并且监控探头41对准待修复的区域，监控探 头41通过导线与外部的监测设备42连接，通过监测设备42的显示屏可以观 察作业时的具体情况。

送丝组件包括送丝导管51、外壳52、驱动电机和两个送丝导辊53，送丝 导管51一端处于排气罩2外侧，送丝导管51的另一端伸入排气罩2且靠近 待修复的区域，送丝导管51内孔可供熔敷丝材6通过，外壳52包裹在送丝 导管51的中部外侧，驱动电机(图中未示出)和两个送丝导辊53设置在外 壳52内部空腔中，驱动电机同步带动两个送丝导辊53运转(驱动电机同步 驱动其中一个送丝导辊53，两个送丝导辊53的传动轴之间通过齿轮啮合)， 每个丝导辊两端通过轴承支撑在外壳52空腔内壁上，外壳52内密封，处于 外壳52内的送丝导管51侧壁开有两个通孔54，两个通孔54与两个送丝导辊 53为一一对应关系，送丝导辊53侧壁伸入对应的通孔54内且与处于送丝导 管51内的熔敷丝材6侧壁接触，所述送丝导辊53的转动轴线与熔敷丝材6 的轴线方向垂直，两个送丝导辊53周向转动带动熔敷丝材6向准待修复的区 域移动，靠近待修复区域位置的送丝导管51内壁设有与熔敷丝材6接触的环 状密封圈55，送丝导管51远离排气罩2一侧端口也与高压气源连通。

使用本修复装置进行水下船体侧面激光增材修复的过程为：首先由潜水 员在水下确定待修复设备水下需修复的区域，人工将本修复装置水下部分置 于需修复处，排气罩2完全覆盖在待修复的区域，排气罩2开口边缘的固定 密封圈21与待修复设备接触，由水下机器人进行夹持；

高压气源的高压保护气经过气管32及充气阀33输送至排气罩2内，高 压保护气的压力为0.5MPa，排出保护罩内的水，使保护罩内形成局部干腔；

开启激光器13出准直确定激光修复开始位置点及光斑尺寸(3.0mm)，确 定本修复装置的修复路径，调节激光器13功率到预定值2000kW，设置修复速 度400mm/min；

开激光器13走预设修复程序的同时，利用送丝组件送进熔敷丝材6(选 用ERNiCrMo-3焊丝，焊丝直径为1.2mm)，送丝速度为200mm/min，进行修复 操作；修复后用锉刀对修复表面进行打磨处理，采用水下目测+水下磁粉检测 进行探伤等后处理。

以上所述的仅是本发明的一种实施方式，应当指出，对于本领域的普通 技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干变型和改进， 这些也应视为属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种水下激光增材修复装置,其特征为：

包括激光器、密封激光头、气管、充气阀、排气罩、固定密封圈和送丝组件；

激光器与密封激光头通过光纤连接，密封激光头伸入排气罩内，密封激光头对准待修复的区域，固定密封圈固定在排气罩开口边缘，气管一端与高压气源连通，气管另一端通过充气阀与排气罩内部连通；

所述送丝组件包括送丝导管、外壳、驱动电机和若干送丝导辊，送丝导管一端处于排气罩外侧，送丝导管的另一端伸入排气罩且靠近待修复的区域，送丝导管内孔可供熔敷丝材通过，外壳包裹在送丝导管的中部外侧，驱动电机和若干送丝导辊设置在外壳内部空腔中，驱动电机同步带动两个送丝导辊运转，所述送丝导辊两端支撑在外壳空腔内壁上，处于外壳内的送丝导管侧壁开有若干通孔，所述通孔与所述送丝导辊为一一对应关系，所述送丝导辊侧壁伸入对应的通孔内且与处于送丝导管内的熔敷丝材侧壁接触。

2.根据权利要求1所述的水下激光增材修复装置，其特征是：

还包括实时监控组件，实施监控组件包括监控探头，监控探头伸入排气罩内，并且监控探头对准待修复的区域。

3.根据权利要求1所述的水下激光增材修复装置，其特征是：

靠近待修复区域位置的送丝导管内壁设有与熔敷丝材接触的环状密封圈。

4.根据权利要求1所述的水下激光增材修复装置，其特征是：

送丝导管远离排气罩一侧端口与高压气源连通。

5.根据权利要求1所述的水下激光增材修复装置，其特征是：

所述激光器为连续波长的高功率光纤激光器。