[发明专利]汽轮机叶片激光氮化装置及加工方法

权利要求书

1.一种汽轮机叶片激光氮化装置，其特征在于，包括激光头、积分镜片、基座、连通管道、固定箱以及加工箱；所述加工箱安装在所述基座上且与所述基座之间形成容纳空间；所述固定箱安装在所述基座上且与所述基座之间形成加工空间；所述基座包括位于所述加工空间中的第一安装部以及位于所述容纳空间中的第二安装部；

所述加工箱上还设有连通孔以及连通所述加工空间的开口；所述连通管道和所述连通孔均连通在所述容纳空间和所述加工空间之间；所述加工空间、所述连通孔、所述容纳空间、所述连通管道构成充满可循环使用的氮气的氮气循环回路；

所述积分镜片密封安装在所述开口中；待加工叶片的待加工区域安装在所述第一安装部上，所述待加工叶片远离所述待加工区域的一端穿过所述连通孔安装在所述第二安装部上；

所述激光头内的激光束经过所述积分镜片转化为光强度分布均匀的激光束，光强度分布均匀的激光束经过所述开口透射到所述加工空间中并在所述待加工区域的初始加工点上聚焦为矩形光斑；

矩形光斑将待加工区域的表面钛合金层熔化并形成熔池，所述熔池中钛元素与所述加工空间中的氮气反应并在所述带加工区域形成氮化钛层。

2.根据权利要求1所述的汽轮机叶片激光氮化装置，其特征在于，所述汽轮机叶片激光氮化装置还包括用于检测所述加工空间中氧含量的氧分析仪，所述氧分析仪安装在所述加工空间的内壁上。

3.根据权利要求1所述的汽轮机叶片激光氮化装置，其特征在于，所述汽轮机叶片激光氮化装置还包括密封件，所述加工箱和/或所述固定箱通过所述密封件安装在所述基座上。

4.根据权利要求1所述的汽轮机叶片激光氮化装置，其特征在于，所述汽轮机叶片激光氮化装置还包括安装在所述连通管道上的滤芯；自所述加工空间进入容纳空间中的氮气，通过所述滤芯过滤氮气中的杂质之后，重新沿所述连通管道进入所述加工空间中。

5.根据权利要求1所述的汽轮机叶片激光氮化装置，其特征在于，所述汽轮机叶片激光氮化装置还包括用于调节所述连通管道内氮气压力的调压阀，所述调压阀安装在所述连通管道上。

6.根据权利要求1所述的汽轮机叶片激光氮化装置，其特征在于，所述积分镜片为无氧铜积分镜片。

7.根据权利要求1所述的汽轮机叶片激光氮化装置，其特征在于，待加工叶片上矩形光束的长度为10mm，宽度为2mm。

8.一种如权利要求1所述的汽轮机叶片激光氮化装置的加工方法，其特征在于，包括：

获取待加工区域的加工面积，根据所述加工面积设置加工路径；

检测所述加工空间中氧含量是否小于预设氧含量值；

在所述加工空间中氧含量小于预设氧含量值时，控制所述激光头内的激光束经过所述积分镜片转化为光强度分布均匀的激光束，光强度分布均匀的激光束经过所述开口透射到加工空间中并在所述待加工区域的初始加工点上聚焦为矩形光斑；

矩形光斑将所述初始加工点的表面钛合金层熔化并形成熔池，所述熔池中钛元素与所述加工空间中的氮气反应并在所述初始加工点形成氮化钛层；

控制所述激光头自所述初始加工点根据所述加工路径移动，以在所述待加工区域中形成所述加工面积的氮化钛层。

9.根据权利要求8所述的加工方法，其特征在于，所述汽轮机叶片激光氮化装置还包括用于检测所述加工空间中氧含量的氧分析仪，所述氧分析仪安装在所述加工空间的内壁上；

所述检测所述加工空间中氧含量是否小于预设氧含量值，包括：

通过所述氧分析仪获取所述加工空间中氧含量，并检测所述加工空间中氧含量是否小于预设氧含量值；

所述检测所述加工空间中氧含量是否小于预设氧含量值之后，还包括：

在所述加工空间中氧含量大于或等于预设氧含量值时，导出所述所述加工空间和所述容纳空间中大于或等于预设氧含量值的氮气，并重新导入氧含量小于预设氧含量值的氮气。

10.根据权利要求8所述的加工方法，其特征在于，所述汽轮机叶片激光氮化装置还包括用于用于调节所述连通管道内氮气压力的调压阀，所述调压阀安装在所述连通管道上；

所述控制激光头发出的圆柱形激光束自所述开口处射入之后，包括：

实时检测所述加工空间中的氮气的压力值；

当所述加工空间中的氮气压力值小于预设压力值时，通过所述调节阀调高所述连通管道中氮气的压力，令调高压力之后的氮气流回所述加工空间中，直至将所述加工空间中的氮气的压力升高至所述预设压力值之后，停止通过所述调节阀调节所述连通管道中氮气的压力。