[发明专利]小口径管内壁激光堆焊方法

说明书

本申请是名称为“小口径管内壁激光堆焊设备”、国内申请日为2013年11月7日、国家申请号为2013105494681的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，特别是涉及一种小口径管内壁激光堆焊设备。

背景技术

在小口径管内壁实施堆焊作业是焊接技术领域的难题，目前，仍未有一种焊接方法可以很好地解决该问题，其原因主要是由于设备执行终端单元(焊枪、焊炬)的固有构造限制了其可缩小的尺寸下限，从而难以进入诸如压水堆核电站蒸汽发生器的传热管、热交换器的传热管以及化工冷凝管等小口径管道内部实施堆焊或补焊作业，所以目前这类小口径管道维修主要采用堵管、衬管以及切割更换等方式，而这些维修方式均存在使传热效率降低、可靠性差、维修成本高以及维修工期长等缺点。另外，在工业领域，由于工况的要求，经常需要管材内壁具备耐蚀、耐磨等特性，这类管材的生产大多采用电弧堆焊技术，而当口径小到传统的电弧堆焊技术无法进行生产时，为了保证特殊的服役性能，口径小的管材往往采用不锈钢、镍基合金以及一些稀有金属等价格昂贵的单一材料，从而造成具有特殊性能的小口径管材加工难度大、制造成本高以及资源浪费严重等问题。目前市场上具有内衬堆焊层、相对廉价的小口径复合金属管材很少。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种能够在小口径管内壁进行自动化堆焊、使小口径管内壁形成内衬堆焊层、保证小口径管道维修质量和成本、缩短小口径管道维修工期的小口径管内壁激光堆焊设备，以克服现有技术的上述缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种小口径管内壁激光堆焊设备，包括激光发射装置和周向反射聚焦装置，所述激光发射装置的发射端设有一个保护气体导通管，所述保护气体导通管与所述小口径管的一端相连接，所述周向反射聚焦装置可从所述小口径管的另一端插入所述小口径管的内腔中，所述周向反射聚焦装置的后端与一直线驱动机构相连接，所述周向反射聚焦装置的前端设有与所述激光发射装置的发射端相对的锥形弧面反射聚焦镜，所述保护气体导通管的侧壁上设有进气口与保护气体管路相连接。

优选地，所述激光发射装置包括依次相连接的激光器、光束传导器件和光束整形装置。

优选地，所述光束整形装置包括筒形壳体、凸透镜、凹透镜、镜片压紧筒和端盖，所述端盖设于所述筒形壳体的后端并与所述光束传导器件相连接，所述保护气体导通管连接于所述筒形壳体的前端，所述凸透镜、凹透镜沿激光的出射方向依次布置，由所述镜片压紧筒压紧在所述筒形壳体的内部，所述筒形壳体的内壁与镜片压紧筒的外壁之间形成环形密封舱，所述筒形壳体的侧壁上设有与所述环形密封舱相通的进水口和出水口；所述进水口和出水口通过循环水管路与冷却器相连接。

优选地，所述筒形壳体内还设有一个折射扩束镜，所述折射扩束镜、凸透镜和凹透镜沿激光的出射方向依次布置，所述折射扩束镜也由镜片压紧筒压紧在所述筒形壳体的内部，所述折射扩束镜为带有浅锥形凹坑的光学透镜。

优选地，所述保护气体导通管的前端设有用于与所述小口径管相连接的对中调整机构。

优选地，所述周向反射聚焦装置的后端设有水冷块，所述锥形弧面反射聚焦镜与水冷块之间设有水冷腔，所述水冷腔通过循环水管路与冷却器相连接。

优选地，本发明还包括一刚性底座，所述直线驱动机构安装在所述刚性底座上，所述刚性底座上还设有用于夹持小口径管的夹持机构。

优选地，所述直线驱动机构包括固定于所述刚性底座的直线导轨副、丝杠副以及驱动所述丝杠副的电机，所述直线导轨副的滑块和所述丝杠副的螺母均与一滑台的底部固定，所述滑台上固定有一驱动杆，所述驱动杆连接所述周向反射聚焦装置的后端。

优选地，所述夹持机构包括通过高度调节装置与刚性底座相连接的V型定位块和位于V型定位块上面的压紧块，所述V型定位块和压紧块通过紧固件连接。

优选地，本发明还包括用于控制所述直线驱动机构和激光发射装置的控制台。

如上所述，本发明的小口径管内壁激光堆焊设备，具有以下有益效果：

1、能够对内径25mm以下的小口径管进行内壁堆焊作业，便于小口径管的修补，维修质量高，维修成本低，维修工期短；本发明不但能够进行金属材料的管内壁堆焊作业，还可以堆焊电弧堆焊技术无法加工的材料，如：无机非金属、聚合物等不导电材料，用途广泛。

2、本发明将光束聚焦成环形光斑，环形光斑运动轨迹为圆柱面，使管壁堆焊层一次成形，无螺纹形焊道搭接边，成形质量好，堆焊效率高、热输入低，变形量小。