CN105088224A - 一种水泵叶轮强化延寿的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水泵叶轮强化延寿的装置和方法，包括激光器控制装置、叶轮装夹固定装置和同步送粉装置；激光器控制装置包括工控台；工控台连接激光器和六自由度机械手；六自由度机械手的端部连接激光器，聚焦镜固定于激光器上且位于激光器的正下方中心处；叶轮装夹固定装置包括三爪卡盘和与其连接的电动机；三爪卡盘上装有水泵叶轮；同步送粉装置包括送粉器、塑料管道和熔覆粉末，送粉器中装有熔覆粉末，塑料管道的一端连接送粉器，另一端连接水泵叶轮的损伤部位。利用本发明强化延寿的装置和方法可以有效改善水泵叶轮损伤部位的各项性能，能够实现空间曲面任意点的定位，解决复杂空间曲面的难以强化修复的难题。

Description

一种水泵叶轮强化延寿的装置和方法

技术领域

本发明属于水泵叶轮技术领域，尤其是涉及一种水泵叶轮强化延寿的装置和方法。

背景技术

激光熔覆是指以不同的添料方式在被熔覆基体表面放置涂层材料经激光照使之和基体表面薄层同时熔化，有效改善基体材料的各项性能。使其更好地满足使用要求。与堆焊、热喷涂和等离子喷涂等改性技术相比，激光熔覆结构致密，硬度较高，耐磨、耐蚀等性能更优异，同时能够在熔覆层较薄的情况下获得所要求的性能，从而节约昂贵的覆层材。激光熔覆过程易实现自动化生产，覆层质量稳定，在激光熔覆过程中熔覆层的厚度可实现连续调节。激光熔覆在航空、航天乃至民用水泵领域中都有较广阔的应用前景，现在已成为材料领域研究和开发的热点。水泵的叶轮是水泵中的重要的零部件，然而水泵叶轮在运转中，由于气蚀，磨损等作用水泵的叶轮表面会出现小凹坑，严重时会出现孔洞，梨沟，有的甚至水泵叶轮表面会被击穿。

发明内容

针对现有技术中水泵叶轮表面存在凹坑、孔洞等不足，本发明提供了一种水泵叶轮强化延寿的装置和方法，有效改善了水泵叶轮损伤部位的各项性能，如耐磨、耐腐蚀性能等；同时针对水泵叶轮这一复杂空间曲面，能够实现空间曲面任意点的定位，有效地解决了水泵叶轮较难实现的强化修复工作。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种水泵叶轮强化延寿的装置，包括激光器控制装置、叶轮装夹固定装置和同步送粉装置；所述激光器控制装置包括工控台、六自由度机械手、激光器和聚焦镜；所述工控台连接激光器和六自由度机械手；所述六自由度机械手的端部连接激光器，所述聚焦镜固定于激光器上且位于激光器的正下方中心处；所述叶轮装夹固定装置包括三爪卡盘和与三爪卡盘连接的电动机；所述三爪卡盘上装有水泵叶轮；所述激光器发出的激光束经聚焦镜聚焦在水泵叶轮的损伤部位；所述同步送粉装置包括送粉器、塑料管道和熔覆粉末，所述送粉器中装有熔覆粉末，所述塑料管道的一端连接送粉器，另一端连接水泵叶轮的损伤部位。

进一步的，所述送粉器为包含储粉桶A和储粉桶B的双桶同步送粉器。

进一步的，所述储粉桶A中装有输送流动性较好的粉末，所述储粉桶B中装有输送流动性较差的粉末。

进一步的，所述储粉桶A中的粉末为金属粉末；所述储粉桶B中的粉末为陶瓷粉末。

进一步的，所述电动机安装于三爪卡盘的侧面。

一种水泵叶轮强化延寿的方法，包括如下步骤：

S1：安装连接好工控台、六自由度机械手、激光器、聚焦镜、三爪卡盘和电动机；

S2：预处理水泵叶轮的损伤位置；

S3：根据水泵叶轮的基体材料确定熔覆粉末的材料，将确定后的熔覆粉末加入双桶同步送粉器中；

S4：将水泵叶轮固定在三爪卡盘上，通过工控机控制调节六自由度机械手使激光器通过聚焦镜形成的光斑位于损伤水泵叶轮的损伤部位；

S5：设定激光器的工艺参数，开始激光熔覆工作；通过工控机开启激光器，激光器发出的激光经聚焦镜聚焦在水泵叶轮的损伤部位，同时设置双桶同步送粉器的送粉速度，双桶同步送粉器通过塑料管道将熔覆粉末输送至水泵叶轮的损伤部位，不断熔覆直至达到所需熔覆层厚度；

S6：通过工控机调节六自由度机械手、将激光器和聚焦镜将光斑调整至水泵叶轮其余损伤的位置，同时通过电动机控制三爪卡盘的旋转调节完成水泵叶轮空间其余损伤位置的熔覆工作，达到所需熔覆层的厚度；

S7：清理水泵叶轮的整个表面，完成整个水泵叶轮的损伤部位的熔覆强化延寿。

进一步的，步骤S2中所述处理为用丙酮、松香水清洗损伤部位。

进一步的，步骤S5中所述工艺参数为：激光束的光斑直径10mm×2mm，激光束的使用功率1500W～2000W，扫描速度为5～10mm/s，相邻处理表面的搭接量为10％～30％。

进一步的，步骤S5中所述送粉速度为5～12g/min。

进一步的，步骤S5和步骤S6中所述熔覆层厚度≥0.5mm。

本发明的有益效果：

本发明所述的一种水泵叶轮强化延寿的装置，通过工控台、六自由度机械手、激光器、聚焦镜和三爪卡盘的彼此配合，能够实现水泵叶轮曲面空间任意一点的定位，从而解决了水泵叶轮这一复杂空间曲面的难以强化修复工作的难题；通过将送粉器中的熔覆粉末送至叶轮损伤部位进行激光熔覆，有效修复了水泵叶轮表面产生的孔洞和梨沟等，这样不仅延长了水泵叶轮的工作寿命，同时还大幅提高了水泵叶轮的耐磨、耐腐蚀性能；将送粉器设置为双桶同步送粉器，两个桶内分别装有不同熔覆粉末，可依据不同的条件选择不同的粉末，快捷方便；该方法过程简便、易操作，适应性较强。

附图说明

图1为本发明所述水泵叶轮强化延寿的装置的结构图。

图2为本发明所述水泵叶轮损失部位的结构示意图。

附图标记说明如下：

1-工控机，2-六自由度机械手，3-激光器，4-三爪卡盘，5-双桶同步送粉器，6-塑料管道，7-水泵叶轮，8-熔覆粉末，9-电动机，10-聚焦镜，11-损伤部位。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1和图2所示，一种水泵叶轮强化延寿的装置，包括激光器控制装置、叶轮装夹固定装置和同步送粉装置；所述激光器控制装置包括工控台1、六自由度机械手2、激光器3和聚焦镜10；所述工控台1连接激光器3和六自由度机械手2，通过工控台1可以控制六自由度机械手2的空间位置和激光器3的打开与关闭；所述六自由度机械手2的端部连接激光器3，所述聚焦镜10固定于激光器3上且位于激光器3的正下方中心处；所述叶轮装夹固定装置包括三爪卡盘4和电动机9，电动机9位于三爪卡盘4的侧面，实现三爪卡盘4沿轴向的旋转和停止。

所述三爪卡盘4上装有水泵叶轮7，水泵叶轮7的轴根部紧紧装夹在三爪卡盘4上，防止水泵叶轮7在激光熔覆过程中掉落。所述激光器3发出的激光束经聚焦镜10聚焦在水泵叶轮7的损伤部位11；所述同步送粉装置包括双桶同步送粉器5、塑料管道6和熔覆粉末8，所述双桶同步送粉器5中装有熔覆粉末8，所述塑料管道6的一端连接送粉器，另一端连接水泵叶轮7的损伤部位11，熔覆粉末8可通过塑料管道6运到水泵叶轮7的损伤部位11，同时双桶同步送粉器5可以设置单位时间的送粉量；所述双桶同步送粉器5包含储粉桶A和储粉桶B，所述储粉桶A中装有输送流动性较好的粉末，如金属粉末；所述储粉桶B中装有输送流动性较差的粉末，如陶瓷粉末。

利用该水泵叶轮强化延寿装置的延寿方法，包括如下步骤：

S1：安装连接好工控台1、六自由度机械手2、激光器3、聚焦镜10、三爪卡盘4和电动机9；

S2：用丙酮、松香水等去油污、除锈、除氧化皮对水泵叶轮7的损伤位置11预处理；

S3：由于水泵叶轮7的基体材料为选取材料为2Gr13，确定熔覆粉末8为Co-Cr-Ni的合金粉末，将确定后的熔覆粉末8加入双桶同步送粉器5的储粉桶A中；

S4：将水泵叶轮7固定在三爪卡盘4上，通过工控机1控制调节六自由度机械手2使激光器3通过聚焦镜10形成的光斑位于损伤水泵叶轮的损伤部位11；

S5：设定激光器3的工艺参数如下：激光束的光斑直径10mm×2mm，激光束的使用功率1500W～2000W，扫描速度为5～10mm/s，相邻处理表面的搭接量为10％～30％后；开始激光熔覆工作；通过工控机1开启激光器3，激光器3发出的激光经聚焦镜10聚焦在水泵叶轮7的损伤部位11，同时设置双桶同步送粉器5的送粉速度为5～12g/min，双桶同步送粉器5通过塑料管道6将熔覆粉末8输送至水泵叶轮7的损伤部位11，不断熔覆直至达到所需熔覆层厚度；所述熔覆层厚度≥0.5mm。

S6：通过工控机1调节六自由度机械手2、将激光器3和聚焦镜10将光斑调整至水泵叶轮7其余损伤的位置，同时通过电动机9控制三爪卡盘4的旋转调节完成水泵叶轮7空间其余损伤位置的熔覆工作，达到所需熔覆层的厚度；所述熔覆层厚度≥0.5mm。

S7：清理水泵叶轮7的整个表面，完成整个水泵叶轮7的损伤部位11的熔覆强化延寿。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种水泵叶轮强化延寿的装置，其特征在于，包括激光器控制装置、叶轮装夹固定装置和同步送粉装置；所述激光器控制装置包括工控台(1)、六自由度机械手(2)、激光器(3)和聚焦镜(10)；所述工控台(1)连接激光器(3)和六自由度机械手(2)；所述六自由度机械手(2)的端部连接激光器(3)，所述聚焦镜(10)固定于激光器(3)上且位于激光器(3)的正下方中心处；所述叶轮装夹固定装置包括三爪卡盘(4)和与三爪卡盘(4)连接的电动机(9)；所述三爪卡盘(4)上装有水泵叶轮(7)；所述激光器(3)发出的激光束经聚焦镜(10)聚焦在水泵叶轮(7)的损伤部位(11)；所述同步送粉装置包括送粉器、塑料管道(6)和熔覆粉末(8)，所述送粉器中装有熔覆粉末(8)，所述塑料管道(6)的一端连接送粉器，另一端连接水泵叶轮(7)的损伤部位(11)。

2.根据权利要求1所述的一种水泵叶轮强化延寿的装置，其特征在于，所述送粉器为包含储粉桶A和储粉桶B的双桶同步送粉器(5)。

3.根据权利要求2所述的一种水泵叶轮强化延寿的装置，其特征在于，所述储粉桶A中装有输送流动性较好的粉末，所述储粉桶B中装有输送流动性较差的粉末。

4.根据权利要求3所述的一种水泵叶轮强化延寿的装置，其特征在于，所述储粉桶A中的粉末为金属粉末；所述储粉桶B中的粉末为陶瓷粉末。

5.根据权利要求1或4所述的一种水泵叶轮强化延寿的装置，其特征在于，所述电动机(9)安装于三爪卡盘(4)的侧面。

6.一种水泵叶轮强化延寿的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：安装连接好工控台(1)、六自由度机械手(2)、激光器(3)、聚焦镜(10)、三爪卡盘(4)和电动机(9)；

S2：预处理水泵叶轮(7)的损伤位置(11)；

S3：根据水泵叶轮(7)的基体材料确定熔覆粉末(8)的材料，将确定后的熔覆粉末(8)加入双桶同步送粉器(5)中；

S4：将水泵叶轮(7)固定在三爪卡盘(4)上，通过工控机(1)控制调节六自由度机械手(2)使激光器(3)通过聚焦镜(10)形成的光斑位于损伤水泵叶轮的损伤部位(11)；

S5：设定激光器(3)的工艺参数，开始激光熔覆工作；通过工控机(1)开启激光器(3)，激光器(3)发出的激光经聚焦镜(10)聚焦在水泵叶轮(7)的损伤部位(11)，同时设置双桶同步送粉器(5)的送粉速度，双桶同步送粉器(5)通过塑料管道(6)将熔覆粉末(8)输送至水泵叶轮(7)的损伤部位(11)，不断熔覆直至达到所需熔覆层厚度；

S6：通过工控机(1)调节六自由度机械手(2)、将激光器(3)和聚焦镜(10)将光斑调整至水泵叶轮(7)其余损伤的位置，同时通过电动机(9)控制三爪卡盘(4)的旋转调节完成水泵叶轮(7)空间其余损伤位置的熔覆工作，达到所需熔覆层的厚度；

S7：清理水泵叶轮(7)的整个表面，完成整个水泵叶轮(7)的损伤部位(11)的熔覆强化延寿。

7.根据权利要求6所述的一种水泵叶轮强化延寿的方法，其特征在于，步骤S2中所述处理为用丙酮、松香水清洗损伤部位(11)。

8.根据权利要求6所述的一种水泵叶轮强化延寿的方法，其特征在于，步骤S5中所述工艺参数为：激光束的光斑直径10mm×2mm，激光束的使用功率1500W～2000W，扫描速度为5～10mm/s，相邻处理表面的搭接量为10％～30％。

9.根据权利要求6所述的一种水泵叶轮强化延寿的方法，其特征在于，步骤S5中所述送粉速度为5～12g/min。

10.根据权利要求6所述的一种水泵叶轮强化延寿的方法，其特征在于，步骤S5和步骤S6中所述熔覆层厚度≥0.5mm。