小口径管内壁激光堆焊设备制造技术

本发明专利技术提供一种小口径管内壁激光堆焊设备，包括激光发射装置和周向反射聚焦装置，激光发射装置的发射端设有一个保护气体导通管，保护气体导通管与所述小口径管的一端相连接，周向反射聚焦装置可从所述小口径管的另一端插入所述小口径管的内腔中，周向反射聚焦装置的后端与一直线驱动机构相连接，周向反射聚焦装置的前端设有与所述激光发射装置的发射端相对的锥形弧面反射聚焦镜，所述保护气体导通管的侧壁上设有进气口与保护气体管路相连接。本发明专利技术能够对小口径金属管、非金属管、复合管进行自动化堆焊，不但可用于现场维修，还可以用于复合管材的工厂生产，用途非常广泛，且堆焊质量好、成本低。

【技术实现步骤摘要】
小口径管内壁激光堆焊设备
本专利技术涉及激光加工
，特别是涉及一种小口径管内壁激光堆焊设备。
技术介绍
在小口径管内壁实施堆焊作业是焊接
的难题，目前，仍未有一种焊接方 法可以很好地解决该问题，其原因主要是由于设备执行终端单元(焊枪、焊炬)的固有构造 限制了其可缩小的尺寸下限，从而难以进入诸如压水堆核电站蒸汽发生器的传热管、热交 换器的传热管以及化工冷凝管等小口径管道内部实施堆焊或补焊作业，所以目前这类小口 径管道维修主要采用堵管、衬管以及切割更换等方式，而这些维修方式均存在使传热效率 降低、可靠性差、维修成本高以及维修工期长等缺点。另外，在工业领域，由于工况的要求， 经常需要管材内壁具备耐蚀、耐磨等特性，这类管材的生产大多采用电弧堆焊技术，而当口 径小到传统的电弧堆焊技术无法进行生产时，为了保证特殊的服役性能，口径小的管材往 往采用不锈钢、镍基合金以及一些稀有金属等价格昂贵的单一材料，从而造成具有特殊性 能的小口径管材加工难度大、制造成本高以及资源浪费严重等问题。目前市场上具有内衬 堆焊层、相对廉价的小口径复合金属管材很少。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种能够在小 口径管内壁进行自动化堆焊、使小口径管内壁形成内衬堆焊层、保证小口径管道维修质量 和成本、缩短小口径管道维修工期的小口径管内壁激光堆焊设备，以克服现有技术的上述 缺陷。为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种小口径管内壁激光堆焊设备，包括激光 发射装置和周向反射聚焦装置，所述激光发射装置的发射端设有一个保护气体导通管，所 述保护气体导通管与所述小口径管的一端相连接，所述周向反射聚焦装置可从所述小口径 管的另一端插入所述小口径管的内腔中，所述周向反射聚焦装置的后端与一直线驱动机构 相连接，所述周向反射聚焦装置的前端设有与所述激光发射装置的发射端相对的锥形弧面 反射聚焦镜，所述保护气体导通管的侧壁上设有进气口与保护气体管路相连接。优选地，所述激光发射装置包括依次相连接的激光器、光束传导器件和光束整形>J-U装直。优选地，所述光束整形装置包括筒形壳体、凸透镜、凹透镜、镜片压紧筒和端盖，所 述端盖设于所述筒形壳体的后端并与所述光束传导器件相连接，所述保护气体导通管连接 于所述筒形壳体的前端，所述凸透镜、凹透镜沿激光的出射方向依次布置，由所述镜片压紧 筒压紧在所述筒形壳体的内部，所述筒形壳体的内壁与镜片压紧筒的外壁之间形成环形密 封舱，所述筒形壳体的侧壁上设有与所述环形密封舱相通的进水口和出水口 ；所述进水口 和出水口通过循环水管路与冷却器相连接。优选地，所述筒形壳体内还设有一个折射扩束镜，所述折射扩束镜、凸透镜和凹透镜沿激光的出射方向依次布置，所述折射扩束镜也由镜片压紧筒压紧在所述筒形壳体的内部，所述折射扩束镜为带有浅锥形凹坑的光学透镜。优选地，所述保护气体导通管的前端设有用于与所述小口径管相连接的对中调整机构。优选地，所述周向反射聚焦装置的后端设有水冷块，所述锥形弧面反射聚焦镜与水冷块之间设有水冷腔，所述水冷腔通过循环水管路与冷却器相连接。优选地，本专利技术还包括一刚性底座，所述直线驱动机构安装在所述刚性底座上，所述刚性底座上还设有用于夹持小口径管的夹持机构。优选地，所述直线驱动机构包括固定于所述刚性底座的直线导轨副、丝杠副以及驱动所述丝杠副的电机，所述直线导轨副的滑块和所述丝杠副的螺母均与一滑台的底部固定，所述滑台上固定有一驱动杆，所述驱动杆连接所述周向反射聚焦装置的后端。优选地，所述夹持机构包括通过高度调节装置与刚性底座相连接的V型定位块和位于V型定位块上面的压紧块，所述V型定位块和压紧块通过紧固件连接。优选地，本专利技术还包括用于控制所述直线驱动机构和激光发射装置的控制台。如上所述，本专利技术的小口径管内壁激光堆焊设备，具有以下有益效果:1、能够对内径25mm以下的小口径管进行内壁堆焊作业，便于小口径管的修补，维修质量高，维修成本低，维修工期短；本专利技术不但能够进行金属材料的管内壁堆焊作业，还可以堆焊电弧堆焊技术无法加工的材料，如:无机非金属、聚合物等不导电材料，用途广泛。2、本专利技术将光束聚焦成环形光斑，环形光斑运动轨迹为圆柱面，使管壁堆焊层一次成形，无螺纹形焊道搭接边，成形质量好，堆焊效率高、热输入低，变形量小。3、本专利技术可用于预置衬管工艺的堆焊，也可用于预置粉末工艺的堆焊；不但可进行管内壁衬管固定焊接，还可进行管内壁表面合金化以及管内壁热处理等工作，从而实现了一机多用。4、本专利技术的锥形弧面反射聚焦镜只作与待堆焊管同轴的直线运动，无需内置旋转电机驱动，结构简单，空间干涉小，可靠耐用；堆焊的管长度不受限制，无作业死角，可连续工作；不但可用于现场维修，还可以用于复合管材的工厂生产。【附图说明】图1显示为本专利技术的小口径管内壁激光堆焊设备的结构示意图。图2显示为本专利技术的小口径管内壁激光堆焊设备的工作原理及冷却回路和保护气路的连接示意图。图3显示为本专利技术的小口径管内壁激光堆焊设备的光束整形装置以及周向反射聚焦装置的局部结构示意图。图4显示为本专利技术的小口径 管内壁激光堆焊设备的夹持机构、直线驱动机构的局部结构示意图。元件标号说明I 控制台2 激光器31 第一冷水管 32 第一热水管33 水冷块的冷流道34 水冷块的热流道35水冷腔36环形密封舱37第二冷水管38第二热水管39冷却器4光束传导器件51小口径管53保护气体管路54流量控制阀55减压阀56气瓶6光束整形装置61对中调整机构62保护气体导通管63筒形壳体64端盖65折射扩束镜66凸透镜67镜片压紧筒68凹透镜71水冷块72锥形弧面反射聚焦镜8夹持机构81支撑板82压紧块83锁紧螺栓84锁紧螺母85固定块86V型定位·块87刚性底座9直线驱动机构91电机92直线导轨副93丝杠副94滑台95驱动杆固定座96驱动杆10衬管【具体实施方式】以下由特定的具体实施例说明本专利技术的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点及功效。请参阅图1至图4。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本专利技术可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本专利技术所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本专利技术所揭示的
技术实现思路
得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本专利技术可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更
技术实现思路
下，当亦视为本专利技术可实施的范畴。鉴于目前在小口径管道内壁实施堆焊或补焊作业存在的技术难题，这类管件的在役维修主要采用堵管、衬管以及切割更换等方式，而这些维修方式均存在使传热效率降低、可靠性差、维修成本高以及维修工期长等缺点。另外，在工业领域，由于工况的要求，经常需要管材内壁具备耐蚀、耐磨等特性，这类管材的生产大多采用电弧堆焊技术，而当口径小到传统的电弧堆焊技术无法进行生产时，为了保证特殊的服役性能，口径小的管材往往采用不锈钢、镍基合金以及一些稀有金属等价格昂贵的单一材料，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种小口径管内壁激光堆焊设备，其特征在于，包括激光发射装置和周向反射聚焦装置，所述激光发射装置的发射端设有一个保护气体导通管（62），所述保护气体导通管（62）与所述小口径管（51）的一端相连接，所述周向反射聚焦装置可从所述小口径管（51）的另一端插入所述小口径管（51）的内腔中，所述周向反射聚焦装置的后端与一直线驱动机构（9）相连接，所述周向反射聚焦装置的前端设有与所述激光发射装置的发射端相对的锥形弧面反射聚焦镜（72），所述保护气体导通管（62）的侧壁上设有进气口与保护气体管路（53）相连接。

【技术特征摘要】
1.一种小口径管内壁激光堆焊设备，其特征在于，包括激光发射装置和周向反射聚焦装置，所述激光发射装置的发射端设有一个保护气体导通管(62)，所述保护气体导通管(62)与所述小口径管(51)的一端相连接，所述周向反射聚焦装置可从所述小口径管(51)的另一端插入所述小口径管(51)的内腔中，所述周向反射聚焦装置的后端与一直线驱动机构(9)相连接，所述周向反射聚焦装置的前端设有与所述激光发射装置的发射端相对的锥形弧面反射聚焦镜(72)，所述保护气体导通管(62)的侧壁上设有进气口与保护气体管路(53)相连接。2.根据权利要求1所述的小口径管内壁激光堆焊设备，其特征在于:所述激光发射装置包括依次相连接的激光器(2 )、光束传导器件(4 )和光束整形装置(6 )。3.根据权利要求2所述的小口径管内壁激光堆焊设备，其特征在于:所述光束整形装置(6 )包括筒形壳体(63 )、凸透镜(66 )、凹透镜(68 )、镜片压紧筒(67 )和端盖(64)，所述端盖(64)设于所述筒形壳体(63)的后端并与所述光束传导器件(4)相连接，所述保护气体导通管(62)连接于所述筒形壳体(63)的前端，所述凸透镜(66)、凹透镜(68)沿激光的出射方向依次布置，由所述镜片压紧筒(67 )压紧在所述筒形壳体(63 )的内部，所述筒形壳体(63 )的内壁与镜片压紧筒(67)的外壁之间形成环形密封舱(36)，所述筒形壳体(63)的侧壁上设有与所述环形密封舱(36)相通的进水口和出水口 ；所述进水口和出水口通过循环水管路与冷却器(39)相连接。4.根据权利要求3所述的小口径管内壁激光堆焊设备，其特征在于:所述筒形壳体(63 )内还设有一个折射扩束镜(65 )，所述折射扩束镜(65 )、凸透镜(66 )和...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞照辉，文忠，闫国华，李颖，尹绪雨，冯利法，叶琛，
申请(专利权)人：国核电站运行服务技术有限公司，
类型：发明
国别省市：