[發明專利]一種水下激光增材制造裝置及其使用方法

有效

• 申請號: 201711252671.7
• 申請日: 2017-12-01
• 公開（公告）號: CN107931842B
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發明（設計）人: 郭寧;付云龍;馮吉才;邢霄;杜永鵬
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（威海）
• 主分類號: B23K26/34
• 分類號: B23K26/34;B23K26/70;B23K26/14
• 代理公司: 北京勁創知識產權代理事務所(普通合伙) 11589
• 代理人: 張鐵蘭

1.一種水下激光增材制造裝置，其特征在于，包括光纖激光器、控制系統、焊接機器人、轉接板、激光頭、三維掃描裝置、水下激光焊炬、氣體流量計、油水分離器、空氣壓縮機、送絲機、保護氣氣瓶、光纖和導絲管；光纖激光器經光纖與激光頭連接，激光頭通過轉接板與焊接機器人連接，水下激光焊炬設置在激光頭下方，水下激光焊炬上方的進氣口分別與空氣壓縮機出氣端和保護氣氣瓶的出氣口相連，水下激光焊炬上方的進氣口與空氣壓縮機相連的管路上設有氣體流量計和油水分離器，水下激光焊炬下部設有送絲口，送絲口上設有導絲管，三維掃描裝置設置在水下激光焊炬內部、與激光頭的位置相對固定；送絲機輸出的增材制造絲由水下激光焊炬的導絲管送入水下激光焊炬內；所述的三維掃描裝置、焊接機器人、送絲機、光纖激光器和氣體流量計與控制系統電氣連接；

所述的水下激光焊炬的結構如下：包括上端蓋、內層排水筒、外層排水筒和排水密封墊，上端蓋上端面中部設有上下貫通的焊接口，焊接口上密封安裝有玻璃板，內層排水筒套設在外層排水筒內，上端蓋上分別設有與內層排水筒和外層排水筒相配合的內調距筒和外調距筒，內調距筒經螺紋與內層排水筒密封連接，外調距筒經螺紋與外層排水筒密封連接；內調距筒和外調距筒上端與上端蓋密封連接，外調距筒、外層排水筒、內層排水筒、內調距筒和上端蓋圍成外排水腔，內調距筒、內層排水筒和上端蓋圍成內排水腔，上端蓋上呈圓形陣列設置有至少三個傾斜設置的內排水腔進氣口，外調距筒上部周向均布至少三個沿外調距筒內側壁切向設置的外排水腔進氣口；所述的排水密封墊呈環狀、密封安裝在外層排水筒下端，排水密封墊上設有呈環形的柔性橡膠裙襯套；外層排水筒下部設有送絲口，送絲口上設有導絲管；

所述的內排水腔進氣口與水平方向呈60-80度角，外排水腔進氣口與水平方向呈8-15度角。

2.根據權利要求1所述的水下激光增材制造裝置，其特征在于，所述外層排水筒的下端口所在的水平面低于內層排水筒下端口所處的水平面；所述的柔性橡膠裙襯套呈喇叭狀向下延伸出排水密封墊下端。

3.根據權利要求2所述的水下激光增材制造裝置，其特征在于，所述水下激光焊炬設置在激光頭下方，激光頭和水下激光焊炬在豎直方向位于同一直線上，所述的內排水腔進氣口通過導氣管與保護氣氣瓶連接，所述的外排水腔進氣口通過氣體流量計、油水分離器與空氣壓縮機相連。

4.根據權利要求1所述的水下激光增材制造裝置的使用方法，其特征在于，包括如下操作步驟：

步驟一：打開空氣壓縮機向所述水下激光焊炬內通入高壓空氣，在所述焊接機器人的輔助作用下將水下激光焊炬放至水下待焊接工件上方，并在待焊接工件上方形成穩定的局部干燥空間；

步驟二：當工件上方的待焊區域形成局部干燥空間以后，焊接機器人帶動水下激光焊炬在工件上方行走，通過三維掃描裝置對工件破損部位進行全方位掃描并將數據傳入控制系統，對增材制造路徑進行規劃；

步驟三：打開所述焊接保護氣氣瓶通入焊接保護氣體，在水下營造一個由焊接保護氣體保護的局部干燥環境，打開光纖激光器，調整光斑直徑、光束焦點與基板表面相對位置以及增材制造絲與光束及基板表面的相對位置，按照增材路徑，對工件進行填絲增材制造；

步驟四：焊接工作完成后，關閉所述光纖激光器；繼續維持所述空氣壓縮機處于工作狀態，向水下激光焊炬內通入空氣，直至所述焊接機器人將水下激光焊炬完全移出水面。