[發明專利]一種自適應型變徑鋼管內壁激光熔覆機器人及方法

在審

• 申請號: 202110394951.1
• 申請日: 2021-04-13
• 公開（公告）號: CN112944109A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: 李昌;張大成;高興;韓興;許彥
• 申請（專利權）人: 遼寧科技大學
• 主分類號: F16L55/32
• 分類號: F16L55/32;F16L55/40;C23C24/10;F16L101/10
• 代理公司: 鞍山嘉訊科技專利事務所(普通合伙) 21224
• 代理人: 徐喆

本發明涉及一種自適應型變徑鋼管內壁激光熔覆機器人及方法，通過自適應型變徑鋼管內壁激光熔覆機器人對鋼管內壁進行激光熔覆，自適應型變徑鋼管內壁激光熔覆機器人整體呈膠囊狀，分別由3組前走行腳支和3組后走行腳支支撐在被熔覆鋼管內壁上，通過自適應行走對變徑或不變徑鋼管內壁進行激光熔覆。自適應型變徑鋼管內壁激光熔覆機器人設計巧妙，能夠在鋼管內部自適應行走，基于壓力過載保護裝置，可適應不同管材內壁的激光熔覆強化作業。

技術領域

本發明屬于激光熔覆技術領域，尤其涉及一種自適應型變徑鋼管內壁激光熔覆機器人及方法。

背景技術

隨著機械工業快速發展，機械零部件的服役環境變得越來越苛刻，常常處于高溫、高速、高壓、強腐蝕性的極限工況下服役，對其表面性能要求越來越高，激光增材制造是提高其表面強化質量的重要方法。激光熔覆技術在工業領域有廣泛應用。激光熔覆具有熱量集中、加熱和冷卻速度快、綠色環保、工件熱變形小等優點。但是目前激光熔覆設備多以熔覆零件外表面為主，針對細長管零件內壁激光熔覆的設備不多，僅有的管內壁激光熔覆設備主要通過伸縮單臂帶動熔覆頭及相關設備伸入到管內進行熔覆，因受穩定性平衡限制單臂伸展最大距離3m，且單臂帶動的熔覆頭不能旋轉，通過轉動胎具支承被熔覆管材旋轉，進而實現對管材內壁的熔覆，該設計方案對于大噸位管材或固定不動的管材內壁熔覆無能為力。單臂熔深3m后，通過調轉到管材另外一端，重新深入3m進行熔覆。整體最大熔覆長度不足6m，且熔覆管件直徑也不能太小。設備自動化程度低，熔覆工藝實施工況嚴重受限，不利于自動化作業。

中國專利申請號201510357239.9，公開了一種管件內壁激光熔覆裝置，雖然機構簡單，但其不能適用變管徑工況，變管徑下設備需不斷調整激光焦點位置，因此該技術方案無法實現對管徑有變化的管件進行連續激光熔覆作業。同時其未考慮對激光熔覆頭等設備的冷卻處理。鋼管內壁激光熔覆作業空間狹窄受限，煙霧混雜，環境溫度容易升高，熔覆中往往伴隨產生大量熱，這些熱量若不能及時排出會持續累積，會對熔覆頭設備造成熱損傷。

中國專利申請號201910597211.0，公開了一種適用于細長管內壁激光熔覆的裝置及使用方法，通過增加支點方式提高了熔覆穩定性，同時考慮通過管路進行水冷，通過轉動被熔覆管件來實現熔覆作業。但其僅適用于體積小、易移動的細長管件，針對大噸位管材、固定管件內壁沒有對應的設計方案。同時對管件長度有嚴格限制，對長度過大管件無能為力。

在工業蓬勃發展的時代，針對不同作業工況的細長管內壁激光熔覆強化問題不可忽視。限制該領域的瓶頸有兩個：一是熔覆工藝；二是熔覆機械載體裝置。隨著激光技術的發展，熔覆工藝已逐步成熟并得到解決。但還缺少實現鋼管內壁激光熔覆的重要機械裝置載體，裝置需要適合更廣泛的應用工況，尤其針對不能移動的大噸位管件內壁強化、管徑有階梯變化的管件內壁，長度較大的管件內壁的激光熔覆問題急待解決。因此，急需設計一種結構簡單、使用方便、自動化程度高的管件內壁熔覆裝置，以提高激光熔覆工藝在細長管內壁強化中的更廣泛應用。

發明內容

為克服現有技術的不足，本發明的目的是提供一種自適應型變徑鋼管內壁激光熔覆機器人，可實現對管徑階梯變化的長管內壁進行激光熔覆強化處理。

為實現上述目的，本發明通過以下技術方案實現：

一種自適應型變徑鋼管內壁激光熔覆方法，通過自適應型變徑鋼管內壁激光熔覆機器人對鋼管內壁進行激光熔覆，自適應型變徑鋼管內壁激光熔覆機器人整體呈膠囊狀，分別由3組前走行腳支和3組后走行腳支支撐在被熔覆鋼管內壁上，通過自適應行走對變徑或不變徑鋼管內壁進行激光熔覆。

一種自適應型變徑鋼管內壁激光熔覆機器人，包括自適應走行系統、機械支撐與平衡系統、激光熔覆系統、水冷卻系統；