小口徑管內(nèi)壁激光堆焊方法
【專利說明】小口徑管內(nèi)壁激光堆焊方法
[0001 ]本申請是名稱為“小口徑管內(nèi)壁激光堆焊設(shè)備”、國內(nèi)申請日為2013年11月7日、國家申請?zhí)枮?013105494681的發(fā)明專利申請的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及激光加工技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種小口徑管內(nèi)壁激光堆焊設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0003]在小口徑管內(nèi)壁實施堆焊作業(yè)是焊接技術(shù)領(lǐng)域的難題，目前，仍未有一種焊接方法可以很好地解決該問題，其原因主要是由于設(shè)備執(zhí)行終端單元(焊槍、焊炬)的固有構(gòu)造限制了其可縮小的尺寸下限，從而難以進入諸如壓水堆核電站蒸汽發(fā)生器的傳熱管、熱交換器的傳熱管以及化工冷凝管等小口徑管道內(nèi)部實施堆焊或補焊作業(yè)，所以目前這類小口徑管道維修主要采用堵管、襯管以及切割更換等方式，而這些維修方式均存在使傳熱效率降低、可靠性差、維修成本高以及維修工期長等缺點。另外，在工業(yè)領(lǐng)域，由于工況的要求，經(jīng)常需要管材內(nèi)壁具備耐蝕、耐磨等特性，這類管材的生產(chǎn)大多采用電弧堆焊技術(shù)，而當口徑小到傳統(tǒng)的電弧堆焊技術(shù)無法進行生產(chǎn)時，為了保證特殊的服役性能，口徑小的管材往往采用不銹鋼、鎳基合金以及一些稀有金屬等價格昂貴的單一材料，從而造成具有特殊性能的小口徑管材加工難度大、制造成本高以及資源浪費嚴重等問題。目前市場上具有內(nèi)襯堆焊層、相對廉價的小口徑復合金屬管材很少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種能夠在小口徑管內(nèi)壁進行自動化堆焊、使小口徑管內(nèi)壁形成內(nèi)襯堆焊層、保證小口徑管道維修質(zhì)量和成本、縮短小口徑管道維修工期的小口徑管內(nèi)壁激光堆焊設(shè)備，以克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種小口徑管內(nèi)壁激光堆焊設(shè)備，包括激光發(fā)射裝置和周向反射聚焦裝置，所述激光發(fā)射裝置的發(fā)射端設(shè)有一個保護氣體導通管，所述保護氣體導通管與所述小口徑管的一端相連接，所述周向反射聚焦裝置可從所述小口徑管的另一端插入所述小口徑管的內(nèi)腔中，所述周向反射聚焦裝置的后端與一直線驅(qū)動機構(gòu)相連接，所述周向反射聚焦裝置的前端設(shè)有與所述激光發(fā)射裝置的發(fā)射端相對的錐形弧面反射聚焦鏡，所述保護氣體導通管的側(cè)壁上設(shè)有進氣口與保護氣體管路相連接。
[0006]優(yōu)選地，所述激光發(fā)射裝置包括依次相連接的激光器、光束傳導器件和光束整形
目.ο
[0007]優(yōu)選地，所述光束整形裝置包括筒形殼體、凸透鏡、凹透鏡、鏡片壓緊筒和端蓋，所述端蓋設(shè)于所述筒形殼體的后端并與所述光束傳導器件相連接，所述保護氣體導通管連接于所述筒形殼體的前端，所述凸透鏡、凹透鏡沿激光的出射方向依次布置，由所述鏡片壓緊筒壓緊在所述筒形殼體的內(nèi)部，所述筒形殼體的內(nèi)壁與鏡片壓緊筒的外壁之間形成環(huán)形密封艙，所述筒形殼體的側(cè)壁上設(shè)有與所述環(huán)形密封艙相通的進水口和出水口；所述進水口和出水口通過循環(huán)水管路與冷卻器相連接。
[0008]優(yōu)選地，所述筒形殼體內(nèi)還設(shè)有一個折射擴束鏡，所述折射擴束鏡、凸透鏡和凹透鏡沿激光的出射方向依次布置，所述折射擴束鏡也由鏡片壓緊筒壓緊在所述筒形殼體的內(nèi)部，所述折射擴束鏡為帶有淺錐形凹坑的光學透鏡。
[0009]優(yōu)選地，所述保護氣體導通管的前端設(shè)有用于與所述小口徑管相連接的對中調(diào)整機構(gòu)。
[0010]優(yōu)選地，所述周向反射聚焦裝置的后端設(shè)有水冷塊，所述錐形弧面反射聚焦鏡與水冷塊之間設(shè)有水冷腔，所述水冷腔通過循環(huán)水管路與冷卻器相連接。
[0011]優(yōu)選地，本發(fā)明還包括一剛性底座，所述直線驅(qū)動機構(gòu)安裝在所述剛性底座上，所述剛性底座上還設(shè)有用于夾持小口徑管的夾持機構(gòu)。
[0012]優(yōu)選地，所述直線驅(qū)動機構(gòu)包括固定于所述剛性底座的直線導軌副、絲杠副以及驅(qū)動所述絲杠副的電機，所述直線導軌副的滑塊和所述絲杠副的螺母均與一滑臺的底部固定，所述滑臺上固定有一驅(qū)動桿，所述驅(qū)動桿連接所述周向反射聚焦裝置的后端。
[0013]優(yōu)選地，所述夾持機構(gòu)包括通過高度調(diào)節(jié)裝置與剛性底座相連接的V型定位塊和位于V型定位塊上面的壓緊塊，所述V型定位塊和壓緊塊通過緊固件連接。
[0014]優(yōu)選地，本發(fā)明還包括用于控制所述直線驅(qū)動機構(gòu)和激光發(fā)射裝置的控制臺。
[0015]如上所述，本發(fā)明的小口徑管內(nèi)壁激光堆焊設(shè)備，具有以下有益效果:
[0016]1、能夠?qū)?nèi)徑25mm以下的小口徑管進行內(nèi)壁堆焊作業(yè)，便于小口徑管的修補，維修質(zhì)量高，維修成本低，維修工期短;本發(fā)明不但能夠進行金屬材料的管內(nèi)壁堆焊作業(yè)，還可以堆焊電弧堆焊技術(shù)無法加工的材料，如:無機非金屬、聚合物等不導電材料，用途廣泛。
[0017]2、本發(fā)明將光束聚焦成環(huán)形光斑，環(huán)形光斑運動軌跡為圓柱面，使管壁堆焊層一次成形，無螺紋形焊道搭接邊，成形質(zhì)量好，堆焊效率高、熱輸入低，變形量小。
[0018]3、本發(fā)明可用于預置襯管工藝的堆焊，也可用于預置粉末工藝的堆焊；不但可進行管內(nèi)壁襯管固定焊接，還可進行管內(nèi)壁表面合金化以及管內(nèi)壁熱處理等工作，從而實現(xiàn)了一機多用。
[0019]4、本發(fā)明的錐形弧面反射聚焦鏡只作與待堆焊管同軸的直線運動，無需內(nèi)置旋轉(zhuǎn)電機驅(qū)動，結(jié)構(gòu)簡單，空間干涉小，可靠耐用;堆焊的管長度不受限制，無作業(yè)死角，可連續(xù)工作;不但可用于現(xiàn)場維修，還可以用于復合管材的工廠生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0020]圖1顯示為本發(fā)明的小口徑管內(nèi)壁激光堆焊設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2顯示為本發(fā)明的小口徑管內(nèi)壁激光堆焊設(shè)備的工作原理及冷卻回路和保護氣路的連接示意圖。
[0022]圖3顯示為本發(fā)明的小口徑管內(nèi)壁激光堆焊設(shè)備的光束整形裝置以及周向反射聚焦裝置的局部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖4顯示為本發(fā)明的小口徑管內(nèi)壁激光堆焊設(shè)備的夾持機構(gòu)、直線驅(qū)動機構(gòu)的局部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]元件標號說明
[0025]1控制臺2激光器
[0026]31第一冷水管32第一熱水管
[0027]33水冷塊的冷流道34水冷塊的熱流道
[0028]35水冷腔36環(huán)形密封艙
[0029]37第二冷水管38第二熱水管
[0030]39冷卻器4光束傳導器件
[0031]51小口徑管53保護氣體管路
[0032]54 流量控制閥55減壓閥
[0033]56氣瓶6光束整形裝置
[0034]61對中調(diào)整機構(gòu)62保護氣體導通管
[0035]63筒形殼體64端蓋
[0036]65折射擴束鏡66凸透鏡
[0037]67鏡片壓緊筒68凹透鏡
[0038]71水冷塊72錐形弧面反射聚焦鏡
[0039]8夾持機構(gòu)81支撐板
[0040]82壓緊塊83鎖緊螺栓
[0041]84 鎖緊螺母85固定塊
[0042]86V型定位塊87剛性底座
[0043]9直線驅(qū)動機構(gòu)91電機
[0044]92直線導軌副93絲杠副
[0045]94 滑臺95驅(qū)動桿固定座
[0046]96驅(qū)動桿10襯管
【具體實施方式】
[0047]以下由特定的具體實施例說明本發(fā)明的實施方式，熟悉此技術(shù)的人士可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點及功效。
[0048]請參閱圖1至圖4。須知，本說明書所附圖式所繪示的結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內(nèi)容，以供熟悉此技術(shù)的人士了解與閱讀，并非用以限定本發(fā)明可實施的限定條件，故不具技術(shù)上的實質(zhì)意義，任何結(jié)構(gòu)的修飾、比例關(guān)系的改變或大小的調(diào)整，在不影響本發(fā)明所能產(chǎn)生的功效及所能達成的目的下，均應仍落在本發(fā)明所揭示的技術(shù)內(nèi)容得能涵蓋的范圍內(nèi)。同時，本說明書中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等的用語，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本發(fā)明可實施的范圍，其相對關(guān)系的改變或調(diào)整，在無實質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容下，當亦視為本發(fā)明可實施的范疇。
[0049]鑒于目前在小口徑管道內(nèi)壁實施堆焊或補焊作業(yè)存在的技術(shù)難題，這類管件的在役維修主要采用堵管、襯管以及切割更換等方式，而這些維修方式均存在使傳熱效率降低、可靠性差、維修成本高以及維修工期長等缺點。另外，在工業(yè)領(lǐng)域，由于工況的要求，經(jīng)常需要管材內(nèi)壁具備耐蝕、耐磨等特性，這類管材的生產(chǎn)大多采用電弧堆焊技術(shù)，而當口徑小到傳統(tǒng)的電弧堆焊技術(shù)無法進行生產(chǎn)時，為了保證特殊的服役性能，口徑小的管材往往采用不銹鋼、鎳基合金以及一些稀有金屬等價格昂貴的單一材料，從而造成具有特殊性能的小口徑管材加工難度大、制造成本高以及資源浪費嚴重等問題。本發(fā)明的發(fā)明人設(shè)計出小口徑管內(nèi)