CN115287653B - 一种用于管件内壁的激光熔覆装置及激光熔覆方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于管件内壁的激光熔覆装置及激光熔覆方法，本发明激光熔覆装置包括吊挂机构、第一管件、第二管件和第三管件，第三管件外壁上设置有多个沿圆周分布的支撑行走结构，熔覆头组件同轴且可轴向滑动的设置在第二管件上，第二管件上设置有驱动熔覆头组件轴向滑动的第一驱动装置，滑管轴向滑动的设置在吊挂机构上，滑管、第三管件、第一管件和第二管件依次连通形成与激光入口相通的激光通道，保护气体入口和粉末入口位于熔覆头组件外壁上。本发明方法采用前述光熔覆装置。本发明熔覆头组件可在待激光熔覆的管件内旋转和轴向移动，不需要转动管件，能适应多种规格的管件，激光熔覆装置易于加工制造，成本低。

Description

一种用于管件内壁的激光熔覆装置及激光熔覆方法

技术领域

本发明涉及激光熔覆，特别涉及一种用于管件内壁的激光熔覆装置及激光熔覆方法。

背景技术

激光熔覆是利用激光将粉末状的金属加热到熔融或半熔融状态，然后以一定速度喷射到预处理过的基体表面，形成冶金结合的一种表面处理技术。

现有技术中如中国专利公开号CN105297006B公开了一种管内激光熔覆强化设备，包括工作台，机床床头、机床卡盘和电控装置，工作台上依次设置一组管材托辊、固定支架和一组滑道立座，一组滑道立座与电动伸缩臂相连接，此电动伸缩臂与管内滑车相连接，此管内滑车与管内激光熔覆器相连接，电动伸缩臂由直臂驱动电机，伸缩直臂，固定直轨道和拖链组合组成，管内激光熔覆器包括熔覆封闭外壳，熔覆头，齿轮传动装置、直线驱动装置、光学传感器，激光发射装置、保护气体管组、冷却循环管组和粉料输送管。

该申请可实现在管内壁熔覆强化加工工作，增加管内表面处理方式，但是还存在如下不足：工作时，需要带动管件转动，由于管件体积大，转动耗能较大，并且需要设置占用空间大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种不需要待激光熔覆的管件转动的用于管件内壁的激光熔覆装置，以及提供一种不需要待激光熔覆的管件转动的管件内壁的激光熔覆方法。

为了解决上述技术问题，本发明用于管件内壁的激光熔覆装置包括熔覆头组件，熔覆头组件上设置有激光入口、保护气体入口和粉末入口，还包括吊挂机构、第一管件、第二管件和第三管件，第三管件外壁上设置有多个沿圆周分布的支撑行走结构，第一管件和第三管件同轴且转动连接，第三管件上设置有驱动第一管件转动的第二驱动装置，第二管件与第一管件轴线呈一定夹角固定连接，熔覆头组件同轴且可轴向滑动的设置在第二管件上，第二管件上设置有驱动熔覆头组件轴向滑动的第一驱动装置，吊挂机构用于吊挂在待熔覆管件的管口，第三管件远离第一管件的一端同轴连接有可拆卸的滑管，滑管轴向滑动的设置在吊挂机构上，滑管、第三管件、第一管件和第二管件依次连通形成与激光入口相通的激光通道，保护气体入口和粉末入口位于熔覆头组件外壁上。

优选的，所述的激光通道中设置有光纤，光纤接入到激光入口中；或者：所述的第一管件、第二管件连通通道的拐角处设置有激光反射镜，通过激光反射镜将射入激光通道的激光反射到激光入口中。

所述第二管件上转动连接有转盘，所述转盘上设置有螺孔，所述螺孔中螺纹连接有第一螺柱，所述第一螺柱上固定连接有方轴，所述方轴与所述第二管件的内部滑动连接，所述熔覆头组件设置在所述第一螺柱的下部，所述第一管件上设置有带动所述转盘转动的所述的第一驱动装置。

所述第一驱动装置包括固定连接在所述第一管件上的第一固定座，所述第一固定座上转动连接有转轴，所述转轴的一端固定连接有第一齿轮，所述转盘上固定连接有第二齿轮，所述第二齿轮与所述第一齿轮之间相啮合，所述转轴的另一端固定连接有第一手轮。

所述熔覆头组件包括固定连接在所述第一螺柱下部的呈锥形的熔覆头本体，所述熔覆头本体的下部固定连接有第一外锥套，所述第一外锥套与所述熔覆头本体之间形成有供粉末通过的第一通道，所述第一外锥套上设置有与该第一通道连通的第一接口，所述第一外锥套的下部固定连接有第二外锥套，所述第二外锥套与所述第一外锥套之间形成有供保护气体通过的第二通道，所述第二外锥套上设置有与该第二通道连通的第二接口，第二接口为保护气体入口，第一接口为粉末入口。

所述第二驱动装置包括固定连接在所述第三管件上的第二固定座，所述第二固定座上固定连接有第一减速马达，第一减速马达的输出端固定连接有第三齿轮，所述第一管件上固定连接有第四齿轮，所述第四齿轮与所述第三齿轮之间相啮合。

所述的支撑行走结构包括支架板、连杆、定环，所述支架板的一端上固定连接有第二减速马达，第二减速马达的输出端固定连接有滚轮，支架板的另一端与第三管件铰接，第三管件的外壁上套设固定有第二螺柱，所述第二螺柱上螺纹连接有第二手轮，所述第二手轮上转动连接有定环，所述连杆的两端分别铰接支架板的中部和定环。

所述的吊挂机构包括夹具、长度可调的连接杆和定位环，滑管滑动设置在定位环中，定位环通过连接杆连接在夹具的下侧，滑管位于定位环外的一侧设置有手柄。

本发明管件内壁的激光熔覆方法，采用前述任何一项用于管件内壁的激光熔覆装置，吊挂机构吊挂在管件的一端管口的上部管壁上，滑管外远离第三管件的一端连接有激光发射器，保护气体入口和粉末入口分别通过输送管线从管件远离吊挂机构的端口穿出连接保护气体供给装置和粉末供给装置，所述的激光熔覆方法包括如下步骤，(1)调节第一驱动装置、支撑行走结构和吊挂机构，使支撑行走结构可贴着管件内壁沿管件轴向行走，使熔覆头组件与管件内壁距离满足激光熔覆要求，并使熔覆头组件达到指定的熔覆开始位置；(2)启激光发射器、保护气体供给装置和粉末供给装置实施激光熔覆；(3)启动第二驱动装置使第二管件旋转一周；(4)驱动支撑行走结构在管件内后退一定距离；(5)重复步骤3-4直到激光熔覆到管件内的指定熔覆结束位置，且在熔覆过程中第二管件正反转交替进行。

当需要熔覆管件内壁全长时，先从一端熔覆一半以上，再重新安装激光熔覆装置，在管件的另一端吊挂吊挂机构来熔覆剩余部分。

本发明的有益效果是：本发明熔覆头组件可在待激光熔覆的管件内旋转和轴向移动，不需要转动管件，对于自身重量较重的管件，不需要定位，对于重量较轻的管件，仅需要固定，能适应多种规格的管件，并且激光熔覆装置借助待激光熔覆的管件定位和移动，使得整个装置体积较少，易于加工制造，成本低。

附图说明

图1、图2和图3是本发明第一管件、第二管件、第三管件及熔覆头组件的三种方位的连接结构示意图；

图4是图3中A-A剖视的结构示意图；

图5是图4中B-B剖视的结构示意图；

图6是本发明吊挂机构和滑管的结构示意图；

图7是本发明的整体结构示意图；

图中：1、第一管件；2、第二管件；3、转盘；4、螺孔；5、第一螺柱；6、方轴；7、第一固定座；8、转轴；9、第一齿轮；10、第二齿轮；11、第一手轮；12、熔覆头本体；13、第一外锥套；14、第一通道；15、第一接口；16、第二外锥套；17、第二通道；18、第二接口；19、第三管件；20、第二固定座；21、第一减速马达；22、第三齿轮；23、第四齿轮；24、支架板；25、第二减速马达；26、滚轮；27、第二螺柱；28、第二手轮；29、定环；30、连杆，31、夹板，32、上连板，33、螺栓，34、下连板，35、滑管，36、手柄，37、定位环。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，本发明中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

请参阅图1至图5，本发明提供一种技术方案：一种用于管件内壁的激光熔覆装置，包括熔覆头组件，熔覆头组件上设置有激光入口、保护气体入口和粉末入口，保护气体入口和粉末入口位于熔覆头组件外壁上。还包括第一管件1，第一管件1上固定连接有与之呈一定夹角的第二管件2，该夹角可以是60°、90°等，第二管件2上转动连接有转盘3，转盘3上设置有螺孔4，螺孔4中螺纹连接有第一螺柱5，第一螺柱5上固定连接有方轴6，方轴6与第二管件2的内部滑动连接，限制第一螺柱5只能够轴向滑动而不能转动，熔覆头组件设置在第一螺柱5的下部，第一管件1上设置有带动转盘3转动的第一驱动装置，通过转盘3的转动，可带动第一螺柱5轴向滑动，调节熔覆头组件与管件内壁之间的距离，当该距离越为靠近时，可提高粉末熔覆时的强度和效果。熔覆头组件与管件内壁之间的距离按激光熔覆标准来设定，非本技术方案创新，本技术方案只有调节距离提供实施条件。

第一驱动装置包括固定连接在第一管件1上的第一固定座7，第一固定座7上转动连接有转轴8，转轴8的一端固定连接有第一齿轮9，转盘3上固定连接有第二齿轮10，第二齿轮10与第一齿轮9之间相啮合，转轴8的另一端固定连接有第一手轮11，通过手动转动第一手轮11的方式和两个齿轮之间的配合，可灵活地带动转盘3转动，完成对熔覆头组件与管件内壁之间距离调节的过程。

熔覆头组件包括固定连接在第一螺柱5下部的呈锥形的熔覆头本体12，熔覆头本体12的下部固定连接有第一外锥套13，第一外锥套13与熔覆头本体12之间形成有供粉末通过的第一通道14，第一外锥套13上设置有与该第一通道14连通的第一接口15，第一接口15与粉末管连接，可通入金属粉末。第一外锥套13的下部固定连接有第二外锥套16，第二外锥套16与第一外锥套13之间形成有供保护气体通过的第二通道17，第二外锥套16上设置有与该第二通道17连通的第二接口18，第二接口18与保护气管连接，可通入激光熔覆时的保护气体。

第一螺柱5、方轴6、熔覆头本体12内部均具有轴线重合的内孔形成激光通道，激光通道中设置有光纤，光纤接入到激光入口中，光纤连接外部的激光发射器，光纤的直线段处设置旋转接头，旋转接头最好设置在进入滑管35的端口处，使得旋转接头的两侧的光纤可以相对旋转。

也可以通过滑管35向第一管件1内部通过激光光束，可通过反射镜片使光束反射进该内孔中，最终从熔覆头本体12的内部射出，该利用反射镜片的技术属现有技术，可参见如中国专利公开号CN105297006B公开的一种管内激光熔覆强化设备。采用反射镜片需要加设置反射镜片冷却装置。

还包括第三管件19，第三管件19与第一管件1的轴线重合并且转动连接，第三管件19上设置有带动第一管件1转动的第二驱动装置。第二驱动装置包括固定连接在第三管件19上的第二固定座20，第二固定座20上固定连接有第一减速马达21，第一减速马达21的输出端固定连接有第三齿轮22，第一管件1上固定连接有第四齿轮23，第四齿轮23与第三齿轮22之间相啮合，通过第一减速马达21的驱动和两个齿轮的配合，可带动熔覆头组件转动，沿管件内壁的周向均匀熔覆，值得一提的是该转动的过程是360°往复转动，防止保护气管、粉末管缠绕死。

第三管件19上至少转动连接有三个并且呈等距排列的支架板24，支架板24上固定连接有第二减速马达25，第二减速马达25的输出端固定连接有滚轮26，通过第二减速马达25的驱动，带动滚轮26转动，“行走”在管件的内壁，沿管件轴向均匀熔覆，第三管件19上设置有调节支架板24角度的第三驱动装置。第三驱动装置包括固定连接在第三管件19上的第二螺柱27，第二螺柱27上螺纹连接有第二手轮28，第二手轮28上转动连接有定环29，定环29上转动连接有连杆30，连杆30的一端与支架板24转动连接，通过第三驱动装置可调节支架板24的角度，适配于不同内径的管件，使滚轮26与管件内壁紧贴，“行走”时更稳定。

还包括吊挂机构，吊挂机构包括夹具、长度可调的连接杆和定位环36，夹具包括上下两个夹板31，两个夹板31通过螺栓连接，连接杆由上连板32和下连板34组成，上连板上设置有滑槽，下连板上设置有螺栓孔，滑槽和螺栓孔中安装有螺栓33，拧松螺栓33可以调节连接杆长度，调节后再拧紧螺栓33。定位环37中插有滑管35，滑管35的一端与第三管件19螺纹连接，滑管35的另一端的外壁上设置有手柄36，便于旋转或轴向拉动滑管35。滑管35、第三管件19、第一管件1和第二管件2依次连通形成与激光入口相通的激光通道。

该用于管件内壁的激光熔覆装置工作时，提前根据管件的内径调节好支架板24的角度和熔覆头组件与管件内壁的距离，当调节支架板24的角度时，向靠近第二管件2的方向旋进第二手轮28时，支架板24的角度调大，反之，向背离第二管件2的方向旋进第二手轮28时，支架板24的角度调小，通过该方式可适配于不同内径的管件；

当调节熔覆头组件与管件内壁的距离时，顺转第一手轮11带动第一齿轮9转动，通过第一齿轮9与第二齿轮10的啮合，带动转盘3转动，由于方轴6与第二管件2的内部滑动配合，所以可带动第一螺柱5往外移动，熔覆头组件与管件内壁的距离调小，反之逆转第一手轮11时，则熔覆头组件与管件内壁的距离调大，通过该方式，可使熔覆头组件与管件内壁靠近，提高粉末熔覆时的强度和效果。

采用本具体实施例用于管件内壁的激光熔覆装置的管件内壁的激光熔覆方法，吊挂机构吊挂在管件的一端管口的上部管壁上，滑管35外远离第三管件19的一端通过光纤连接有激光发射器，保护气体入口和粉末入口分别通过输送管线从管件远离吊挂机构的端口穿出连接保护气体供给装置和粉末供给装置，输送管线采用耐高温的管线。以熔覆管件内壁全长为例，所述的激光熔覆方法包括如下步骤，(1)调节第一驱动装置、支撑行走结构和吊挂机构，使支撑行走结构可贴着管件内壁沿管件轴向行走，使熔覆头组件与管件内壁距离满足激光熔覆要求，并使熔覆头组件达到指定的熔覆开始位置；(2)启激光发射器、保护气体供给装置和粉末供给装置实施激光熔覆；(3)启动第二驱动装置使第二管件1旋转一周；(4)驱动第二减速马达25使支撑行走结构在管件内后退一定距离；(5)重复步骤3-4直到激光熔覆到管件一半以上的位置，且在熔覆过程中第二管件(1)正反转交替进行；(6)再重新安装激光熔覆装置，在管件的另一端吊挂吊挂机构按步骤(1-5)来熔覆剩余部分。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种用于管件内壁的激光熔覆装置，包括熔覆头组件，熔覆头组件上设置有激光入口、保护气体入口和粉末入口，其特征在于，还包括吊挂机构、第一管件（1）、第二管件（2）和第三管件（19），第三管件（19）外壁上设置有多个沿圆周分布的支撑行走结构，第一管件（1）和第三管件（19）同轴且转动连接，第三管件（19）上设置有驱动第一管件（1）转动的第二驱动装置，第二管件（2）与第一管件（1）轴线呈一定夹角固定连接，熔覆头组件同轴且可轴向滑动的设置在第二管件（2）上，第二管件（2）上设置有驱动熔覆头组件轴向滑动的第一驱动装置，吊挂机构用于吊挂在待熔覆管件的管口，第三管件（19）远离第一管件（1）的一端同轴连接有可拆卸的滑管（35），滑管（35）轴向滑动的设置在吊挂机构上，滑管（35）、第三管件（19）、第一管件（1）和第二管件（2）依次连通形成与激光入口相通的激光通道，保护气体入口和粉末入口位于熔覆头组件外壁上，所述的支撑行走结构包括支架板（24）、连杆（30）、定环（29），所述支架板（24）的一端上固定连接有第二减速马达（25），第二减速马达（25）的输出端固定连接有滚轮（26），支架板（24）的另一端与第三管件（19）铰接，第三管件（19）的外壁上套设固定有第二螺柱（27），所述第二螺柱（27）上螺纹连接有第二手轮（28），所述第二手轮（28）上转动连接有定环（29），所述连杆（30）的两端分别铰接支架板（24）的中部和定环（29），所述的吊挂机构包括夹具、长度可调的连接杆和定位环（37），滑管（35）滑动设置在定位环（37）中，定位环（37）通过连接杆连接在夹具的下侧，滑管（35）位于定位环（37）外的一侧设置有手柄（36）。

2.根据权要求1所述的用于管件内壁的激光熔覆装置，其特征在于，所述的激光通道中设置有光纤，光纤接入到激光入口中；或者：所述的第一管件（1）、第二管件（2）连通通道的拐角处设置有激光反射镜，通过激光反射镜将射入激光通道的激光反射到激光入口中。

3.根据权要求1所述的用于管件内壁的激光熔覆装置，其特征在于，所述第二管件（2）上转动连接有转盘（3），所述转盘（3）上设置有螺孔（4），所述螺孔（4）中螺纹连接有第一螺柱（5），所述第一螺柱（5）上固定连接有方轴（6），所述方轴（6）与所述第二管件（2）的内部滑动连接，所述熔覆头组件设置在所述第一螺柱（5）的下部，所述第一管件（1）上设置有带动所述转盘（3）转动的所述的第一驱动装置。

4.根据权利要求3所述的用于管件内壁的激光熔覆装置，其特征在于，所述第一驱动装置包括固定连接在所述第一管件（1）上的第一固定座（7），所述第一固定座（7）上转动连接有转轴（8），所述转轴（8）的一端固定连接有第一齿轮（9），所述转盘（3）上固定连接有第二齿轮（10），所述第二齿轮（10）与所述第一齿轮（9）之间相啮合，所述转轴（8）的另一端固定连接有第一手轮（11）。

5.根据权利要求4所述的用于管件内壁的激光熔覆装置，其特征在于，所述熔覆头组件包括固定连接在第一螺柱（5）下部的呈锥形的熔覆头本体（12），所述熔覆头本体（12）的下部固定连接有第一外锥套（13），所述第一外锥套（13）与所述熔覆头本体（12）之间形成有供粉末通过的第一通道（14），所述第一外锥套（13）上设置有与该第一通道（14）连通的第一接口（15），所述第一外锥套（13）的下部固定连接有第二外锥套（16），所述第二外锥套（16）与所述第一外锥套（13）之间形成有供保护气体通过的第二通道（17），所述第二外锥套（16）上设置有与该第二通道（17）连通的第二接口（18），第二接口（18）为保护气体入口，第一接口（15）为粉末入口。

6.根据权利要求1所述的用于管件内壁的激光熔覆装置，其特征在于，所述第二驱动装置包括固定连接在所述第三管件（19）上的第二固定座（20），所述第二固定座（20）上固定连接有第一减速马达（21），第一减速马达（21）的输出端固定连接有第三齿轮（22），所述第一管件（1）上固定连接有第四齿轮（23），所述第四齿轮（23）与所述第三齿轮（22）之间相啮合。

7.一种管件内壁的激光熔覆方法，其特征在于：采用如权利要求1-6中任何一项用于管件内壁的激光熔覆装置，吊挂机构吊挂在管件的一端管口的上部管壁上，滑管（35）外远离第三管件（19）的一端连接有激光发射器，保护气体入口和粉末入口分别通过输送管线从管件远离吊挂机构的端口穿出连接保护气体供给装置和粉末供给装置，所述的激光熔覆方法包括如下步骤，（1）调节第一驱动装置、支撑行走结构和吊挂机构，使支撑行走结构可贴着管件内壁沿管件轴向行走，使熔覆头组件与管件内壁距离满足激光熔覆要求，并使熔覆头组件达到指定的熔覆开始位置；（2）启激光发射器、保护气体供给装置和粉末供给装置实施激光熔覆；（3）启动第二驱动装置使第二管件（1）旋转一周；（4）驱动支撑行走结构在管件内后退一定距离；（5）重复步骤3-4直到激光熔覆到管件内的指定熔覆结束位置，且在熔覆过程中第二管件（1）正反转交替进行。

8.根据权利要求7所述管件内壁的激光熔覆方法，其特征在于：当需要熔覆管件内壁全长时，先从一端熔覆一半以上，再重新安装激光熔覆装置，在管件的另一端吊挂吊挂机构来熔覆剩余部分。

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