[发明专利]一种感应加热辅助水下激光熔敷或增材的装置及使用方法

说明书

本发明提供一种感应加热辅助水下激光熔敷或增材的装置，其装置包括控制器，控制器与激光器、机器人、送丝机和感应加热机相连，激光器经光纤与激光头相连，激光头正下方固设有激光焊炬，激光头还与机器人相连，激光焊炬还设有送丝端口，送丝端口内部设有送丝管，送丝管一端伸入激光焊炬内，另一端与送丝机对接，焊丝导入送丝管内部，激光焊炬内设有感应线圈Ⅰ，感应线圈Ⅰ通过连接装置滑动连接于传动轴上，传动轴跨接固定于激光焊炬内壁，传动轴与设于激光焊炬外侧的步进电机相连，步进电机的启闭由控制器通过控制系统控制；感应线圈Ⅰ端部通过穿过激光焊炬壁面的防水电缆与感应加热机相连，该装置可广泛应用于水下激光熔敷/增材技术领域。

技术领域

本发明属于水下激光熔敷/增材技术领域，具体地说是涉及一种感应加热辅助水下激光熔敷/增材的装置及使用方法。

背景技术

近年来，随着陆地资源的逐步匮乏及全球人口的剧增，海洋资源尤其是深海资源的开发逐步深入，与其相关的海洋结构工程，如海洋油气平台、海底油气管道及海底空间站的水下维修作业也日益增多。我国作为一个海洋大国，目前海军发展迅速，为保证在实战中受损舰船装备迅速的恢复作战功能和战斗力，实现舰船装备维修由岸基定点保障向远海机动保障的延伸，必须开发出舰船应急维修的装备和关键技术，如何在不借助船坞的条件下，及时简便地修复水线以下的舰艇损伤是战时应急抢修的关键，在受损的情况下，实施水下应急抢修，尽快恢复受损设备的功能至关重要。此外，随着我国核电工业的不断发展，核电站的相关维修逐渐增多，为了降低核辐射对施工人员和周围环境的影响，维修工作需在水中进行。

局部干法激光熔敷/增材技术目前已逐步应用于海洋结构件、船舶及核电站的水下原位修复，并具有良好的发展前景。水下原位修复技术主要分为湿法、干法及局部干法三类，水下局部干法原位修复技术是指修复过程中在待修复区域形成局部保护，把待修复区域的水排开的一种修复方式，与湿法相比其修复质量较高，与干法相比其操作简单、设备要求低且成本较低。然而，由于水下局部干法激光熔敷/增材过程中施工位置排水困难，待修复工件表面始终有一层残余水层存在，在修复过程中，一方面残余水气化形成的水蒸气会与金属蒸汽混合，形成气溶胶粒子，对激光光束进行吸收和散射，阻碍激光的传输，减少作用于熔敷金属的激光能量并降低水下局部干法熔敷/增材过程的稳定性，另一方面水蒸气在高温等离子体的作用下电离形成氢离子、氧离子，甚至直接分解为氢气和氧气，造成高温金属的氧化及熔池内气孔的产生，而且氧化层的产生会造成裂纹源，诱导焊接裂纹的形成；此外，水蒸气对激光光束的吸收、水环境的冷却作用会加速熔融金属的冷却速度，产生淬硬组织、增大残余应力、提高扩散氢含量，进而造成熔敷金属开裂，产生裂纹，并导致气孔产生。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的问题，提出了一种可减弱水环境对水下局部干法焊接影响的感应加热辅助水下激光熔敷/增材的装置。

为此，先提供一种感应加热辅助水下激光熔敷/增材的装置，包括控制器，控制器与激光器、机器人、送丝机和感应加热机相连，激光器经光纤与激光头相连，激光头的正下方固设有激光焊炬，激光头还与机器人的端部固定连接，激光焊炬上设有送丝端口，送丝端口内部设有送丝管，送丝管一端伸入激光焊炬内部，另一端与送丝机对接，焊丝导入送丝管内部，其特征在于，所述激光焊炬内设有感应线圈Ⅰ，感应线圈Ⅰ通过连接装置滑动连接于传动轴上，传动轴跨接固定于激光焊炬内壁，传动轴与设于激光焊炬外侧的经过防水密封处理的步进电机相连，步进电机的启闭由控制器通过控制系统控制；感应线圈Ⅰ端部通过穿过激光焊炬壁面的防水电缆与感应加热机相连。

优选的，激光焊炬包括外层筒体、内层筒体和上端盖；内层筒体设于外层筒体内部，外层筒体和内层筒体的上端均与上端盖的下端面形成密封连接；外层筒体、内层筒体和上端盖围成的环形空间为外排水腔，内层筒体和上端盖围成的柱状空间为内排水腔；上端盖还设有与外排水腔连通的进气孔Ⅰ和与内排水腔连通的进气孔Ⅱ；上端盖中部设有上下贯通的通口，通口处于内排水腔的上方；通口处密封安装有增透玻璃；激光焊炬外还设有空气压缩机和保护气气瓶；空气压缩机通过气管与进气孔Ⅰ连接，保护气气瓶通过气管与进气孔Ⅱ连接，气管上还设有气体流量计。