[发明专利]汽轮机叶片激光氮化装置及加工方法

说明书

本发明属于激光气体合金化技术领域，特别是涉及一种汽轮机叶片激光氮化装置及加工方法。该汽轮机叶片激光氮化装置包括激光头、积分镜片、基座、连通管道、固定箱和加工箱；加工箱安装在基座上且与基座之间形成容纳空间；固定箱安装在基座上且与基座之间形成加工空间，激光头发出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；矩形光斑将待加工区域的表面钛合金层熔化并形成熔池，熔池中的钛元素与加工空间中的氮气反应并在带加工区域形成氮化钛层。本发明中，矩形光斑降低了待加工叶片因受热不均匀而导致的热应力集中的现象。

技术领域

本发明属于激光气体合金化技术领域，特别是涉及一种汽轮机叶片激光氮化装置及加工方法。

背景技术

汽轮机是目前我国电力工业应用最广泛的动力设备，其代表我国制造业水平的标志性产品，叶片是汽轮机的核心部件之一。叶片末端安装在汽轮机的进气端，其处于低压工作段，且叶片末端受湿蒸汽腐蚀和冲击的影响，以及受到最大离心力和应力，使得叶片末端容易发生水蚀和疲劳断裂，进而导致汽轮机发生强烈的振动。采用抗腐蚀性好、比强度高以及中温性能好的钛合金代替不锈钢制造叶片的尾部，是国内汽轮机叶片制造的趋势。

激光表面处理技术作为一种新型的局部处理方法，可以对汽轮机叶片的末端进行激光熔化，并制备金属间化合物氮化钛。但是，现有技术中激光在汽轮机叶片上制备氮化钛层，该氮化钛层容易产生极大的热应力，并产生裂纹，从而降低了汽轮机叶片的质量。

发明内容

本发明解决了现有激光在汽轮机叶片上制备的氮化钛层易产生极大的热应力裂纹等技术问题，提供了一种汽轮机叶片激光氮化装置及加工方法。

鉴于以上问题，本发明实施例提供的一种汽轮机叶片激光氮化装置，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。

可选地，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。

可选地，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。

可选地，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。

可选地，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。

可选地，所述积分镜片为无氧铜积分镜片。

可选地，待加工叶片上矩形光束的长度为10mm，宽度为2mm。