汽轮机叶片激光氮化装置及加工方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于激光气体合金化技术领域，特别是涉及一种汽轮机叶片激光氮化装置及加工方法。该汽轮机叶片激光氮化装置包括激光头、积分镜片、基座、连通管道、固定箱和加工箱；加工箱安装在基座上且与基座之间形成容纳空间；固定箱安装在基座上且与基座之间形成加工空间，激光头发出的激光束经过所述积分镜片转化为光强度分布均匀的激光束，光强度分布均匀的激光束经过所述开口透射到加工空间中并在所述待加工区域的初始加工点上聚焦为矩形光斑；矩形光斑将待加工区域的表面钛合金层熔化并形成熔池，熔池中的钛元素与加工空间中的氮气反应并在带加工区域形成氮化钛层。本发明专利技术中，矩形光斑降低了待加工叶片因受热不均匀而导致的热应力集中的现象。的热应力集中的现象。的热应力集中的现象。

Laser nitriding device and processing method of steam turbine blade

【技术实现步骤摘要】
汽轮机叶片激光氮化装置及加工方法


[0001]本专利技术属于激光气体合金化
，特别是涉及一种汽轮机叶片激光氮化装置及加工方法。

技术介绍

[0002]汽轮机是目前我国电力工业应用最广泛的动力设备，其代表我国制造业水平的标志性产品，叶片是汽轮机的核心部件之一。叶片末端安装在汽轮机的进气端，其处于低压工作段，且叶片末端受湿蒸汽腐蚀和冲击的影响，以及受到最大离心力和应力，使得叶片末端容易发生水蚀和疲劳断裂，进而导致汽轮机发生强烈的振动。采用抗腐蚀性好、比强度高以及中温性能好的钛合金代替不锈钢制造叶片的尾部，是国内汽轮机叶片制造的趋势。
[0003]激光表面处理技术作为一种新型的局部处理方法，可以对汽轮机叶片的末端进行激光熔化，并制备金属间化合物氮化钛。但是，现有技术中激光在汽轮机叶片上制备氮化钛层，该氮化钛层容易产生极大的热应力，并产生裂纹，从而降低了汽轮机叶片的质量。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决了现有激光在汽轮机叶片上制备的氮化钛层易产生极大的热应力裂纹等技术问题，提供了一种汽轮机叶片激光氮化装置及加工方法。
[0005]鉴于以上问题，本专利技术实施例提供的一种汽轮机叶片激光氮化装置，包括激光头、积分镜片、基座、连通管道、固定箱以及加工箱；所述加工箱安装在所述基座上且与所述基座之间形成容纳空间；所述固定箱安装在所述基座上且与所述基座之间形成加工空间；所述基座包括位于所述加工空间中的第一安装部以及位于所述容纳空间中的第二安装部；
[0006]所述加工箱上还设有连通孔以及连通所述加工空间的开口；所述连通管道和所述连通孔均连通在所述容纳空间和所述加工空间之间；所述加工空间、所述连通孔、所述容纳空间、所述连通管构成充满可循环使用的氮气的氮气循环回路；
[0007]所述积分镜片密封安装在所述开口中；待加工叶片的待加工区域安装在所述第一安装部上，所述待加工叶片远离所述待加工区域的一端穿过所述连通孔安装在所述第二安装部上；
[0008]所述激光头内的激光束经过所述积分镜片转化为光强度分布均匀的激光束，光强度分布均匀的激光束经过所述开口透射到加工空间中并在所述待加工区域的初始加工点上聚焦为矩形光斑；
[0009]矩形光斑将待加工区域的表面钛合金层熔化并形成熔池，所述熔池中钛元素与所述加工空间中的氮气反应并在所述带加工区域形成氮化钛层。
[0010]可选地，所述汽轮机叶片激光氮化装置还包括用于检测所述加工空间中氧含量的氧分析仪，所述氧分析仪安装在所述加工空间的内壁上。
[0011]可选地，所述汽轮机叶片激光氮化装置还包括密封件，所述加工箱和/或所述固定箱通过所述密封件安装在所述基座上。
[0012]可选地，所述汽轮机叶片激光氮化装置还包括安装在所述连通管道上的滤芯；自所述加工空间进入容纳空间中的氮气，通过所述滤芯过滤氮气中的杂质之后，重新沿所述连通管道进入所述加工空间中。
[0013]可选地，所述汽轮机叶片激光氮化装置还包括用于调节所述连通管道内氮气压力的调压阀，所述调压阀安装在所述连通管道上。
[0014]可选地，所述积分镜片为无氧铜积分镜片。
[0015]可选地，待加工叶片上矩形光束的长度为10mm，宽度为2mm。
[0016]本专利技术另一实施例还提供了上述汽轮机叶片激光氮化装置的加工方法，包括：
[0017]获取待加工区域的加工面积，根据所述加工面积设置加工路径；
[0018]检测所述加工空间中氧含量是否小于预设氧含量值；
[0019]在所述加工空间中氧含量小于预设氧含量值时，控制所述激光头内的激光束经过所述积分镜片转化为光强度分布均匀的激光束，光强度分布均匀的激光束经过所述开口透射到加工空间中并在所述待加工区域的初始加工点上聚焦为矩形光斑；
[0020]矩形光斑将所述初始加工点的表面钛合金层熔化并形成熔池，所述熔池中钛元素与所述加工空间中的氮气反应并在所述初始加工点形成氮化钛层；
[0021]控制所述激光头自所述初始加工点根据所述加工路径移动，以在所述待加工区域中形成所述加工面积的氮化钛层。
[0022]可选地，所述汽轮机叶片激光氮化装置还包括用于检测所述加工空间中氧含量的氧分析仪，所述氧分析仪安装在所述加工空间的内壁上；
[0023]所述检测所述加工空间中氧含量是否小于预设氧含量值，包括：
[0024]通过所述氧分析仪获取所述加工空间中氧含量，并检测所述加工空间中氧含量是否小于预设氧含量值
[0025]所述检测所述加工空间中氧含量是否小于预设氧含量值之后，还包括：
[0026]在所述加工空间中氧含量大于或等于预设氧含量值时，导出所述所述加工空间和所述容纳空间中大于或等于预设氧含量值的氮气，并重新导入氧含量小于预设氧含量值的氮气。
[0027]可选地，所述汽轮机叶片激光氮化装置还包括用于调节所述连通管道内氮气压力的调压阀，所述调压阀安装在所述连通管道上；
[0028]所述控制激光头发出的圆柱形激光束自所述开口处射入之后，包括：
[0029]实时检测所述加工空间中的氮气的压力值；
[0030]当所述加工空间中的氮气压力值小于预设压力值时，通过所述调节阀调高所述连通管道中氮气的压力，令调高压力之后的氮气流回所述加工空间中，直至将所述加工空间中的氮气的压力升高至所述预设压力值之后，停止通过所述调节阀调节所述连通管道中氮气的压力。
[0031]本专利技术中，所述激光头内的激光束经过所述积分镜片转化为光强度分布均匀的激光束，光强度分布均匀的激光束经过所述开口透射到加工空间中并在所述待加工区域的初始加工点上聚焦为矩形光斑，矩形光斑将待加工区域的表面钛合金层熔化并形成熔池，所述熔池中钛元素与所述加工空间中的氮气反应并在所述带加工区域形成氮化钛层。本专利技术中，所述矩形光斑的激光强度分布均匀，从而待加工叶片上的待加工区域受热均匀，避免了
待加工叶片因受热不均匀而导致的热应力集中的现象，降低了该待加工叶片出现裂纹的概率；并且，所述待加工叶片上制得的氮化钛层强度和硬度分布均匀，提高了待加工叶片的加工质量。另外，由于所述待加工叶片为汽轮机的叶片，且长度比较长；本专利技术中，待加工叶片的待加工区域(比如汽轮机叶片的末端)安装在位于所述加工空间的所述第一安装部上，所述待加工叶片远离所述待加工区域的一端穿过所述连通孔安装在位于所述容纳空间的第二安装部上，从而提高了该汽轮机叶片激光氮化装置紧凑性，减小了所述加工空间的体积，避免了因所述加工空间的体积过大，而导致的待加工叶片不能充分接触氮气的问题，进一步提高了待加工叶片上的氮化钛层的加工质量。
附图说明
[0032]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。
[0033]图1为本专利技术一实施例提供的汽轮机叶片激光氮化装置的结构示意图；
[0034]图2为本专利技术一实施例提供的汽轮机叶片激光氮化装置的方法的流程图。
[0035]说明书中的附图标记如下：
[0036]1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种汽轮机叶片激光氮化装置，其特征在于，包括激光头、积分镜片、基座、连通管道、固定箱以及加工箱；所述加工箱安装在所述基座上且与所述基座之间形成容纳空间；所述固定箱安装在所述基座上且与所述基座之间形成加工空间；所述基座包括位于所述加工空间中的第一安装部以及位于所述容纳空间中的第二安装部；所述加工箱上还设有连通孔以及连通所述加工空间的开口；所述连通管道和所述连通孔均连通在所述容纳空间和所述加工空间之间；所述加工空间、所述连通孔、所述容纳空间、所述连通管道构成充满可循环使用的氮气的氮气循环回路；所述积分镜片密封安装在所述开口中；待加工叶片的待加工区域安装在所述第一安装部上，所述待加工叶片远离所述待加工区域的一端穿过所述连通孔安装在所述第二安装部上；所述激光头内的激光束经过所述积分镜片转化为光强度分布均匀的激光束，光强度分布均匀的激光束经过所述开口透射到所述加工空间中并在所述待加工区域的初始加工点上聚焦为矩形光斑；矩形光斑将待加工区域的表面钛合金层熔化并形成熔池，所述熔池中钛元素与所述加工空间中的氮气反应并在所述带加工区域形成氮化钛层。2.根据权利要求1所述的汽轮机叶片激光氮化装置，其特征在于，所述汽轮机叶片激光氮化装置还包括用于检测所述加工空间中氧含量的氧分析仪，所述氧分析仪安装在所述加工空间的内壁上。3.根据权利要求1所述的汽轮机叶片激光氮化装置，其特征在于，所述汽轮机叶片激光氮化装置还包括密封件，所述加工箱和/或所述固定箱通过所述密封件安装在所述基座上。4.根据权利要求1所述的汽轮机叶片激光氮化装置，其特征在于，所述汽轮机叶片激光氮化装置还包括安装在所述连通管道上的滤芯；自所述加工空间进入容纳空间中的氮气，通过所述滤芯过滤氮气中的杂质之后，重新沿所述连通管道进入所述加工空间中。5.根据权利要求1所述的汽轮机叶片激光氮化装置，其特征在于，所述汽轮机叶片激光氮化装置还包括用于调节所述连通管道内氮气压力的调压阀，所述调压阀安装在所述连通管道上。6.根据权利要求1所述的汽轮机叶片激光氮化装置，其特征在于，所述积分镜片为无氧铜积分镜片。7....

【专利技术属性】
技术研发人员：颜瑞峰，陈锡勤，麻明章，陈根余，陈焱，高云峰，
申请(专利权)人：大族激光智能装备集团有限公司，
类型：发明
国别省市：