[實用新型]一種用于汽輪機轉子軸的電磁復合場協同激光再制造裝置

有效

• 申請號: 201720078686.5
• 申請日: 2017-01-21
• 公開（公告）號: CN206811317U
• 公開（公告）日: 2017-12-29
• 發明（設計）人: 王梁;姚建華;孫卓;沈紅衛;劉霞;林英華;張群莉;董剛
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學;上海電氣電站設備有限公司上海汽輪機廠
• 主分類號: B23K26/342
• 分類號: B23K26/342;B23K26/08;B23K37/04;B23K26/70
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司33201
• 代理人: 王兵,吳紅斐

技術領域

本實用新型涉及一種用于汽輪機轉子軸的電磁復合場協同激光再制造裝置。

背景技術

現如今，激光再制造技術已越來越多的應用于工業生產中。在工業應用中，汽輪機在高溫、高壓下長期運行，轉子軸極易磨損，影響了其使用的壽命。對于轉子軸的再制造技術通常有車削法、熱噴涂、電刷鍍、焊接等。近些年來，激光再制造技術也已逐漸用于修復受損汽輪機轉子軸中，取得顯著的經濟效益，但激光再制造修復轉子軸同時也存在一些問題：

在激光熔覆的快速凝固條件下，熔覆層極易形成形態、大小和方向各異的不均勻凝固組織，且熔覆層內的氣孔和夾雜等微觀缺陷往往難以及時排出而殘留在熔覆組織中，嚴重影響了熔覆層的質量和性能；

在激光修復過程中需不斷優化工藝參數，不僅效率較低，而且激光工藝參數的調節只能改變熔覆層熔池的外部傳熱邊界，無法控制熔池內部流體的運動方向，難以對熔覆組織中晶粒的形態、尺寸、晶體取向進行靈活控制，獲得性能更優的熔覆涂層。

針對上述轉子軸激光再制造過程中遇到的問題，國內外學者多采用改變激光工藝參數或在熔覆粉末中添加稀土元素等方式來減少和消除裂紋和氣孔，改善熔覆層質量。但此類方法需要大量的實驗進行對比驗證，效率較低，不利于工程實際應用。本實用新型采用磁場和電場同時輔助激光再制造過程，可有效調控激光再制造過程中熔池流體運動、內部顆粒分布以及熔覆缺陷，起到顯著的控形控性效果，獲得性能優良的轉子軸修復層。

發明內容

為克服背景技術中存在的缺陷，基于轉子軸激光再制造過程中遇到的問題，本實用新型提供一種用于汽輪機轉子軸的電磁復合場協同激光再制造裝置，在利用激光再制造修復轉子軸的過程中，將外加電場和磁場同時作用于熔池中，產生方向、大小、頻率靈活可控的洛倫茲力，有效調控激光熔池流體運動、內部顆粒分布以及減少修復層內的氣孔和裂紋，獲得性能優良的轉子軸修復層。

本實用新型解決上述問題的技術方案是：

一種用于汽輪機轉子軸的電磁復合場協同激光再制造裝置，包括激光熔覆部、用于固定轉子軸且可驅動轉子軸轉動的支架部、提供電場的電場部和提供磁場的磁場部；

所述激光熔覆部包括激光器和送粉器，激光器連接有垂直向下的激光輸出頭，送粉器連接有垂直向下的送粉頭，且送粉頭設置在激光輸出頭上；

所述支架部設置在激光熔覆部的下方，支架部包括用于水平固定轉子軸的夾具和支撐夾具的架體，架體豎直設置，架體的底端固定在底板上，架體的頂端可轉動地穿設有夾具轉軸，所述夾具轉軸水平設置，夾具轉軸的內端與夾具固定連接，夾具轉軸的外端連接有驅動夾具轉軸轉動的驅動裝置；

所述磁場部包括開口向下的U形鐵芯，U形鐵芯沿豎直方向固定在激光輸出頭上，U形鐵芯與激光輸出頭相平行，所述多匝線圈與磁場電源相連通，以構成磁場；

所述電場部包括通過導線相串連的電場電源、開關；2個絕緣的旋轉搖臂對稱設置在激光輸出頭的兩側，且旋轉搖臂與激光輸出頭相平行；旋轉搖臂的頂端可轉動地設置在激光輸出頭上，旋轉搖臂的底端設有用于沿轉子軸表面轉動的導電滑環，且導電滑環與導線的兩自由端連接。

進一步，所述夾具為三爪卡盤。

進一步，所述三爪卡盤包括圓柱形卡盤，卡盤的中心處開有供轉子軸穿過的軸向通孔；卡盤的端面上設有三條徑向通槽，徑向通槽的內端與軸向通孔連通，徑向通槽的外端延伸至卡盤的外邊緣；還包括與徑向通槽過盈配合的夾爪，夾爪的兩側設有外凸插邊，徑向通槽的側壁設有插槽，外凸插邊與所述插槽相配合。

進一步，所述U形鐵芯通過第一固定架固定在激光輸出頭上。

進一步，旋轉搖臂的頂端可轉動地套設在第二固定架上，第二固定架固定在激光輸出頭上；旋轉搖臂的底端設有直角銅片，直角銅片從上到下分別設有第一螺栓和第二螺栓，第一螺栓和第二螺栓相垂直，且第二螺栓與夾具轉軸相平行，第二螺栓上可轉動地設有導電滑環；導線的自由端設有叉形觸點，叉形觸點與第一螺栓相連接。

進一步，所述驅動裝置包括固定在夾具轉軸外端的從動齒輪和與從動齒輪相嚙合的主動齒輪，且主動齒輪與電機的輸出軸固定連接，以驅動夾具轉軸轉動，從而帶動轉子軸轉動。

本實用新型的有益效果主要表現在：