[发明专利]金属叶片等离子淬火系统及淬火方法

说明书

本发明涉及金属叶片淬火处理技术，特别适用于汽轮机行业叶片的防水蚀处理。

目前，国内外汽轮机行业叶片防水蚀方法主要采取叶片电火花强化、火焰淬火、高频淬火、司太立合金片镶焊与堆焊等。电火花强化设备和工艺较为简单，对基体无损伤，但防水蚀效果不明显；火焰淬火操作简单，成本低，但由于热影响区过大，影响到基体的组织性能；高频淬火防水蚀效果较优于前二者，但存在着操作复杂、能耗高、可控性较差、热影响区较大等等不利因素；司太立镶焊与堆焊目前已被许多汽轮机厂应用，司太立合金是国内外公认十分理想的防水蚀材料，但由于焊接原因，产生热影响区、较大的变形和应力等致使叶片断裂的不利因素，且手工焊接随意性较大，焊接质量也不够稳定。

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提出一种对基体材料组织结构影响很小、淬硬层深范围可控、硬度高、操作可控性强、工艺过程稳定的金属叶片等离子淬火系统及淬火方法。

实现上述目的的金属叶片等离子淬火系统，包括淬火机床、测量装置、等离子设备和控制系统，其中淬火机床是能沿X轴、Y轴、Z轴和夹持工件用的转动轴运动的四坐标机构，四坐标机构的X轴末端固定有摆动头，摆动头上有固定架，各轴及摆动头分别由步进电机驱动，等离子设备包括等离子发生电源和淬火枪，等离子发生电源的输出接淬火枪，淬火枪和测量装置固定在固定架上，控制系统包括工业控制计算机(工控机)、伺服驱动模板和手动控制盒，工控机经光电隔离输入输出接口接伺服驱动模板和测量装置，伺服驱动模板的输出接各步进电机和手动控制盒。

设置有等离子转移弧弧压稳定闭环控制，从转移弧电源的控制板上取出弧压变化信号，经转换进入工控机进行处理，然后输出反馈信号经伺服驱动模板控制Y轴步进电机稳定弧压。

设置有淬火过程的微动调节，采用数码键盘上的数字键或手动控制盒上的五个按钮(X轴、Y轴、Z轴、φ轴和摆动)的选择与组合，在淬火过程中微动调整等离子转移弧弧压的高低及淬火枪喷嘴到叶片的距离。

摆动头内设置微动开关，开关信号至脉冲变压器，通过转换经光电隔离输入输出接口输入工控机判断有无摆动，并发出控制信号。

设置有步进电机失步控制回路，在伺服驱动模板上取出失步信号，经转换进入工控机，工控机向等离子设备发出断弧或其它处理信号。

伺服驱动模板接各步进电机的输出为五相十拍。

上述金属叶片等离子淬火系统的淬火方法，包括下列步骤：

a、将待淬火金属工件固定于转动轴上，调整测量装置至待淬火金属叶片的起始位置，

b、由工控机跟踪和控制测量装置，对金属工件被淬火叶片的型线和位置进行测量与记录，获得等离子淬火时的起始位置及淬火过程中各淬火部位的位置坐标，

c、由工控机控制并调整淬火枪回归至叶片的起始淬火位置，

d、根据淬火带的宽度要求和选择，确定摆动的开关和幅度，

e、根据金属工件待淬火区域的形状、淬火性能要求等，对淬火功率参数及淬火机床、淬火枪与金属叶片等的相对组合运动的工控机程序进行选择、修正，

f、根据步骤e选择、修正后的工控机程序和步骤b的测量记录，由工控机控制淬火机床、淬火枪与金属叶片等的相对组合运动，利用淬火枪的等离子弧高焓对金属叶片进行连续的淬火处理，

g、对每一金属工件淬火的功率参数、位置坐标、淬火过程中的速度变化、淬火时间、工件编号等由工控机进行检测和记录。

测量装置由三个传感器构成，其测量方法：将叶片淬火带分成若干段，测量每一段时，先使三个测量头Z向行走到起始测量点处，调整测量头X向行走使其接近叶片淬火带边缘，直至X向测量头红色信号灯亮；然后调整另外两个测量头Y向动作，接近叶片淬火带，至少出现一个灯亮，然后工控机根据需要使φ轴顺时针或逆时针转动，在φ轴转动过程中，X向测量头的位置发生变化，这时再做X向行走，使X向测量头接近叶片淬火带边缘使红色信号灯亮，通过反复调整，直到另外两个测量头的红色信号灯亮，此时由工控机和显示测量点的位置坐标：左右(X)、上下(y)、长度(z)和旋转(φ)，然后再做Z向行走，进行下一点的反复测量，直到将所有分段点测量并记录完毕。