一种超声辅助的水下激光电弧复合增材设备制造技术

本发明专利技术公开一种超声辅助的水下激光电弧复合增材设备，包括双层排水装置、激光输出通道、激光发射装置、丝粉复合送进装置、超声波发生器和电弧发生器；通过丝粉复合送进装置的设置，可以仅实现旁轴送粉和旁轴送丝的单独功能，也可以实现二者结合的丝粉共同送进的功能，尤其是丝粉共同送进时，实现了目前增材过程中送粉增材和送丝增材的优势互补，提高了填充金属的利用率和修复效率，通过在水下激光电弧复合增材过程中引入超声波，可以提高熔融金属润湿性和增材过程稳定性，降低气孔率，细化晶粒，提高增材零件的力学性能，通过将丝粉复合送进装置与水下激光电弧复合增材技术有机结合，填补了目前丝粉复合送进式水下激光电弧复合增材技术的空白。复合增材技术的空白。复合增材技术的空白。

【技术实现步骤摘要】
一种超声辅助的水下激光电弧复合增材设备


[0001]本专利技术属于水下修复
，涉及水下激光电弧复合增材技术，特别是涉及一种超声辅助的水下激光电弧复合增材设备。

技术介绍

[0002]水下激光增材技术是一种先进的修复技术，具有增材速度快、能量密度高、热输入量低、工件变形小、受水压影响小、易于控制进行自动化修复等优点，在水下修复领域具有明显的优势。然而，在实际修复应用中仍具有一些不足之处，如不适用于高反射率的金属、对工件的装配精度要求高、热循环时间快等。水下激光电弧复合增材技术综合了水下激光增材和水下电弧增材两种方法的优点，逐渐成为一种富有前景的水下修复技术，与水下激光增材相比，可提高对装配精度的适应性，扩大适用材料范围，与水下电弧增材相比，可提高电弧的稳定性，进一步提高增材质量。
[0003]但是，目前的水下激光电弧复合增材技术仍然存在一些弊端，比如，在增材过程中，粉材(比如金属粉末)和丝材(比如金属丝)分别独立送进，且都有各自的缺点。其中，粉材(比如金属粉末)与热源相互作用，利用率低，污染严重且回收困难；丝材(比如金属丝)和热源相互作用，金属利用率高，增材效率高，但增材过程存在光丝对中、粘丝等问题。丝粉复合送进的修复技术不仅可以提高填充金属的利用率，还可以提高熔覆速度，效率大大增加。然而，目前为止丝粉复合送进式水下激光电弧复合增材技术的研究进行较少，相关装备尚未开发。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种超声辅助的水下激光电弧复合增材设备，既能够实现丝粉单独给进，又能够实现丝粉共同给进，可解决目前增材过程中所存在利用率低，污染严重且回收困难，以及光丝对中、粘丝等问题，以填补目前丝粉复合送进式水下激光电弧复合增材技术的空白。同时，该超声辅助的水下激光电弧复合增材设备在水下激光电弧复合增材过程中引入超声波，超声波作用于金属熔滴、熔池和气溶胶粒子，可促进熔滴过渡，提高熔化金属的润湿性和增材过程的稳定性，利用超声波的声流效应，还可促进工件表面残余水的排开，利用超声波的空化作用，还可促进熔池内部气体的溢出，同时对熔池具有搅拌作用，可以细化熔池内部晶粒，改善增材部件的力学性能。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]本专利技术提供一种超声辅助的水下激光电弧复合增材设备，包括：
[0007]双层排水装置，所述双层排水装置包括排水装置法兰盘、外层排水筒体和内层排水筒体，所述内层排水筒体套设于所述外层排水筒体内部，所述内层排水筒体和所述外层排水筒体的顶端均连接于所述排水装置法兰盘上，所述外层排水筒体的底端用于与待施工工件密封对接；
[0008]激光输出通道，所述激光输出通道设置于所述内层排水筒体内，所述激光输出通
道的顶端与所述排水装置法兰盘相连；
[0009]激光发射装置，所述激光发射装置用于向所述待施工工件发射激光，并形成施工区域；
[0010]丝粉复合送进装置，所述丝粉复合送进装置包括外壳体，所述外壳体内设置有丝材导引管道和与所述丝材导引管道间隔布置的粉末导引管道，所述外壳体设置于所述外层排水筒体或所述内层排水筒体上，所述外壳体的底端设置有材料汇合腔，所述丝材导引管道和所述粉末导引管道均与所述材料汇合腔连通，所述材料汇合腔位于所述施工区域的上方，用于向所述施工区域进给丝材、粉末或丝材粉末混合体；
[0011]超声波发生器，所述超声波发生器设置于所述内层排水筒体内，用于向所述施工区域发射超声波；
[0012]电弧发生器，所述电弧发生器设置于所述内层排水筒体内，用于向所述施工区域发射电弧。
[0013]可选的，所述排水装置法兰盘上设置有圆盘形连接器和内干燥腔进气口，所述圆盘形连接器位于所述排水装置法兰盘的中心，所述圆盘形连接器的中心密封安装有上玻璃片，所述上玻璃片周围设置有导线快插接口，所述激光输出通道的顶端连接于所述圆盘形连接器上，并与所述圆盘形连接器同轴布置；所述内干燥腔进气口用于向所述内层排水筒体与所述激光输出通道之间的环隙内导入惰性气体；
[0014]所述外层排水筒体的顶端与所述排水装置法兰盘的下端面密封连接，所述外层排水筒体的顶部设置有外干燥腔进气口，用于向所述外层排水筒体与所述内层排水筒体之间的环隙内导入压缩空气；
[0015]所述外层排水筒体、所述内层排水筒体以及所述激光输出通道同轴布置。
[0016]可选的，所述内干燥腔进气口沿所述排水装置法兰盘的径向设置，且所述内干燥腔进气口沿所述排水装置法兰盘的周向均布至少六个；
[0017]所述外干燥腔进气口沿所述外层排水筒体的内壁切向设置，且所述外干燥腔进气口沿所述外层排水筒体的周向均布至少四个。
[0018]可选的，所述外层排水筒体的底端设置有伸缩式排水密封垫，所述伸缩式排水密封垫包括可折叠橡胶圈和柔性衬套裙，所述可折叠橡胶圈的一端与所述外层排水筒体的底端密封连接，所述可折叠橡胶圈的另一端与所述柔性衬套裙密封连接，所述外层排水筒体用于通过所述柔性衬套裙与所述待施工工件密封对接。
[0019]可选的，所述超声波发生器包括超声波换能器和与所述超声波换能器连接的超声波变幅杆；所述超声波换能器通过第一调节机构与所述激光输出通道的外壁连接，其中，所述第一调节机构包括：
[0020]第一导轨，所述第一导轨设置于所述激光输出通道的外壁，所述第一导轨上设置有第一纵向滑槽，所述第一纵向滑槽由所述激光输出通道的一端向另一端延伸；
[0021]第一滑块，所述第一滑块与所述第一纵向滑槽滑动配合，并通过锁紧螺栓与所述第一纵向滑槽固定连接；所述第一滑块上设置有第一横向滑槽，所述第一横向滑槽垂直于所述激光输出通道的轴向布置；
[0022]第一卡环，所述第一卡环卡套于所述超声波换能器的外圈，所述第一卡环上设置有第一连接片，所述第一连接片与所述第一横向滑槽滑动转动配合，并通过锁紧螺栓与所
述第一横向滑槽固定连接。
[0023]可选的，所述的电弧发生器包括电弧焊枪、设置于所述电弧焊枪上的导电嘴以及设置于所述导电嘴上的钨极；所述电弧焊枪通过第二调节机构与所述激光输出通道的外壁连接，其中，所述第二调节机构包括：
[0024]第二导轨，所述第二导轨设置于所述激光输出通道的外壁，并与所述第一导轨对称布置；所述第二导轨上设置有第二纵向滑槽，所述第二纵向滑槽由所述激光输出通道的一端向另一端延伸；
[0025]第二滑块，所述第二滑块与所述第二纵向滑槽滑动配合，并通过锁紧螺栓与所述第二纵向滑槽固定连接；所述第二滑块上设置有第二横向滑槽，所述第二横向滑槽垂直于所述激光输出通道的轴向布置；
[0026]第二卡环，所述第二卡环卡套于所述电弧焊枪的外圈，所述第二卡环上设置有第二连接片，所述第二连接片与所述第二横向滑槽滑动转动配合，并通过锁紧螺栓与所述第二横向滑槽固定连接。
[0027]可选的，所述外壳体为圆柱形外壳体，所述圆柱形外壳体通过角度控制装置安装于所述外层排水筒体上；所述圆柱形外壳体的中部为实心体，所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超声辅助的水下激光电弧复合增材设备，其特征在于，包括：双层排水装置，所述双层排水装置包括排水装置法兰盘、外层排水筒体和内层排水筒体，所述内层排水筒体套设于所述外层排水筒体内部，所述内层排水筒体和所述外层排水筒体的顶端均连接于所述排水装置法兰盘上，所述外层排水筒体的底端用于与待施工工件密封对接；激光输出通道，所述激光输出通道设置于所述内层排水筒体内，所述激光输出通道的顶端与所述排水装置法兰盘相连；激光发射装置，所述激光发射装置用于向所述待施工工件发射激光，并形成施工区域；丝粉复合送进装置，所述丝粉复合送进装置包括外壳体，所述外壳体内设置有丝材导引管道和与所述丝材导引管道间隔布置的粉末导引管道，所述外壳体设置于所述外层排水筒体或所述内层排水筒体上，所述外壳体的底端设置有材料汇合腔，所述丝材导引管道和所述粉末导引管道均与所述材料汇合腔连通，所述材料汇合腔位于所述施工区域的上方，用于向所述施工区域进给丝材、粉末或丝材粉末混合体；超声波发生器，所述超声波发生器设置于所述内层排水筒体内，用于向所述施工区域发射超声波；电弧发生器，所述电弧发生器设置于所述内层排水筒体内，用于向所述施工区域发射电弧。2.根据权利要求1所述的超声辅助的水下激光电弧复合增材设备，其特征在于，所述排水装置法兰盘上设置有圆盘形连接器和内干燥腔进气口，所述圆盘形连接器位于所述排水装置法兰盘的中心，所述圆盘形连接器的中心密封安装有上玻璃片，所述上玻璃片周围设置有导线快插接口，所述激光输出通道的顶端连接于所述圆盘形连接器上，并与所述圆盘形连接器同轴布置；所述内干燥腔进气口用于向所述内层排水筒体与所述激光输出通道之间的环隙内导入惰性气体；所述外层排水筒体的顶端与所述排水装置法兰盘的下端面密封连接，所述外层排水筒体的顶部设置有外干燥腔进气口，用于向所述外层排水筒体与所述内层排水筒体之间的环隙内导入压缩空气；所述外层排水筒体、所述内层排水筒体以及所述激光输出通道同轴布置。3.根据权利要求2所述的超声辅助的水下激光电弧复合增材设备，其特征在于，所述内干燥腔进气口沿所述排水装置法兰盘的径向设置，且所述内干燥腔进气口沿所述排水装置法兰盘的周向均布至少六个；所述外干燥腔进气口沿所述外层排水筒体的内壁切向设置，且所述外干燥腔进气口沿所述外层排水筒体的周向均布至少四个。4.根据权利要求2所述的超声辅助的水下激光电弧复合增材设备，其特征在于，所述外层排水筒体的底端设置有伸缩式排水密封垫，所述伸缩式排水密封垫包括可折叠橡胶圈和柔性衬套裙，所述可折叠橡胶圈的一端与所述外层排水筒体的底端密封连接，所述可折叠橡胶圈的另一端与所述柔性衬套裙密封连接，所述外层排水筒体用于通过所述柔性衬套裙与所述待施工工件密封对接。5.根据权利要求2～4任意一项所述的超声辅助的水下激光电弧复合增材设备，其特征在于，所述超声波发生器包括超声波换能器和与所述超声波换能器连接的超声波变幅杆；
所述超声波换能器通过第一调节机构与所述激光输出通道的外壁连接，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭宁，吴笛，付云龙，于梦秋，成奇，张欣，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：