小口徑管內壁激光堆焊設備的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種小口徑管內壁激光堆焊設備，包括激光發射裝置和周向反射聚焦裝置，激光發射裝置的發射端設有一個保護氣體導通管，保護氣體導通管與所述小口徑管的一端相連接，周向反射聚焦裝置可從所述小口徑管的另一端插入所述小口徑管的內腔中，周向反射聚焦裝置的后端與一直線驅動機構相連接，周向反射聚焦裝置的前端設有與所述激光發射裝置的發射端相對的錐形弧面反射聚焦鏡，所述保護氣體導通管的側壁上設有進氣口與保護氣體管路相連接。本發明能夠對小口徑金屬管、非金屬管、復合管進行自動化堆焊，不但可用于現場維修，還可以用于復合管材的工廠生產，用途非常廣泛，且堆焊質量好、成本低。
【專利說明】小口徑管內壁激光堆焊設備
【技術領域】
[0001]本發明涉及激光加工【技術領域】，特別是涉及一種小口徑管內壁激光堆焊設備。
【背景技術】
[0002]在小口徑管內壁實施堆焊作業是焊接【技術領域】的難題，目前，仍未有一種焊接方 法可以很好地解決該問題，其原因主要是由于設備執行終端單元(焊槍、焊炬)的固有構造 限制了其可縮小的尺寸下限，從而難以進入諸如壓水堆核電站蒸汽發生器的傳熱管、熱交 換器的傳熱管以及化工冷凝管等小口徑管道內部實施堆焊或補焊作業，所以目前這類小口 徑管道維修主要采用堵管、襯管以及切割更換等方式，而這些維修方式均存在使傳熱效率 降低、可靠性差、維修成本高以及維修工期長等缺點。另外，在工業領域，由于工況的要求， 經常需要管材內壁具備耐蝕、耐磨等特性，這類管材的生產大多采用電弧堆焊技術，而當口 徑小到傳統的電弧堆焊技術無法進行生產時，為了保證特殊的服役性能，口徑小的管材往 往采用不銹鋼、鎳基合金以及一些稀有金屬等價格昂貴的單一材料，從而造成具有特殊性 能的小口徑管材加工難度大、制造成本高以及資源浪費嚴重等問題。目前市場上具有內襯 堆焊層、相對廉價的小口徑復合金屬管材很少。

【發明內容】

[0003]鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明要解決的技術問題在于提供一種能夠在小 口徑管內壁進行自動化堆焊、使小口徑管內壁形成內襯堆焊層、保證小口徑管道維修質量 和成本、縮短小口徑管道維修工期的小口徑管內壁激光堆焊設備，以克服現有技術的上述 缺陷。
[0004]為了解決上述技術問題，本發明提供一種小口徑管內壁激光堆焊設備，包括激光 發射裝置和周向反射聚焦裝置，所述激光發射裝置的發射端設有一個保護氣體導通管，所 述保護氣體導通管與所述小口徑管的一端相連接，所述周向反射聚焦裝置可從所述小口徑 管的另一端插入所述小口徑管的內腔中，所述周向反射聚焦裝置的后端與一直線驅動機構 相連接，所述周向反射聚焦裝置的前端設有與所述激光發射裝置的發射端相對的錐形弧面 反射聚焦鏡，所述保護氣體導通管的側壁上設有進氣口與保護氣體管路相連接。
[0005]優選地，所述激光發射裝置包括依次相連接的激光器、光束傳導器件和光束整形
>J-U裝直。
[0006]優選地，所述光束整形裝置包括筒形殼體、凸透鏡、凹透鏡、鏡片壓緊筒和端蓋，所 述端蓋設于所述筒形殼體的后端并與所述光束傳導器件相連接，所述保護氣體導通管連接 于所述筒形殼體的前端，所述凸透鏡、凹透鏡沿激光的出射方向依次布置，由所述鏡片壓緊 筒壓緊在所述筒形殼體的內部，所述筒形殼體的內壁與鏡片壓緊筒的外壁之間形成環形密 封艙，所述筒形殼體的側壁上設有與所述環形密封艙相通的進水口和出水口 ；所述進水口 和出水口通過循環水管路與冷卻器相連接。
[0007]優選地，所述筒形殼體內還設有一個折射擴束鏡，所述折射擴束鏡、凸透鏡和凹透鏡沿激光的出射方向依次布置，所述折射擴束鏡也由鏡片壓緊筒壓緊在所述筒形殼體的內部，所述折射擴束鏡為帶有淺錐形凹坑的光學透鏡。
[0008]優選地，所述保護氣體導通管的前端設有用于與所述小口徑管相連接的對中調整機構。
[0009]優選地，所述周向反射聚焦裝置的后端設有水冷塊，所述錐形弧面反射聚焦鏡與水冷塊之間設有水冷腔，所述水冷腔通過循環水管路與冷卻器相連接。
[0010]優選地，本發明還包括一剛性底座，所述直線驅動機構安裝在所述剛性底座上，所述剛性底座上還設有用于夾持小口徑管的夾持機構。
[0011]優選地，所述直線驅動機構包括固定于所述剛性底座的直線導軌副、絲杠副以及驅動所述絲杠副的電機，所述直線導軌副的滑塊和所述絲杠副的螺母均與一滑臺的底部固定，所述滑臺上固定有一驅動桿，所述驅動桿連接所述周向反射聚焦裝置的后端。
[0012]優選地，所述夾持機構包括通過高度調節裝置與剛性底座相連接的V型定位塊和位于V型定位塊上面的壓緊塊，所述V型定位塊和壓緊塊通過緊固件連接。
[0013]優選地，本發明還包括用于控制所述直線驅動機構和激光發射裝置的控制臺。
[0014]如上所述，本發明的小口徑管內壁激光堆焊設備，具有以下有益效果:
[0015]1、能夠對內徑25mm以下的小口徑管進行內壁堆焊作業，便于小口徑管的修補，維修質量高，維修成本低，維修工期短；本發明不但能夠進行金屬材料的管內壁堆焊作業，還可以堆焊電弧堆焊技術無法加工的材料，如:無機非金屬、聚合物等不導電材料，用途廣泛。
[0016]2、本發明將光束聚焦成環形光斑，環形光斑運動軌跡為圓柱面，使管壁堆焊層一次成形，無螺紋形焊道搭接邊，成形質量好，堆焊效率高、熱輸入低，變形量小。
[0017]3、本發明可用于預置襯管工藝的堆焊，也可用于預置粉末工藝的堆焊；不但可進行管內壁襯管固定焊接，還可進行管內壁表面合金化以及管內壁熱處理等工作，從而實現了一機多用。
[0018]4、本發明的錐形弧面反射聚焦鏡只作與待堆焊管同軸的直線運動，無需內置旋轉電機驅動，結構簡單，空間干涉小，可靠耐用；堆焊的管長度不受限制，無作業死角，可連續工作；不但可用于現場維修，還可以用于復合管材的工廠生產。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1顯示為本發明的小口徑管內壁激光堆焊設備的結構示意圖。
[0020]圖2顯示為本發明的小口徑管內壁激光堆焊設備的工作原理及冷卻回路和保護氣路的連接示意圖。
[0021]圖3顯示為本發明的小口徑管內壁激光堆焊設備的光束整形裝置以及周向反射聚焦裝置的局部結構示意圖。
[0022]圖4顯示為本發明的小口徑 管內壁激光堆焊設備的夾持機構、直線驅動機構的局部結構示意圖。
[0023]元件標號說明
[0024]I 控制臺2 激光器
[0025]31 第一冷水管 32 第一熱水管
[0026]33 水冷塊的冷流道34 水冷塊的熱流道[0027]35水冷腔36環形密封艙
[0028]37第二冷水管38第二熱水管
[0029]39冷卻器4光束傳導器件
[0030]51小口徑管53保護氣體管路
[0031]54流量控制閥55減壓閥
[0032]56氣瓶6光束整形裝置
[0033]61對中調整機構62保護氣體導通管
[0034]63筒形殼體64端蓋
[0035]65折射擴束鏡66凸透鏡
[0036]67鏡片壓緊筒68凹透鏡
[0037]71水冷塊72錐形弧面反射聚焦鏡
[0038]8夾持機構81支撐板
[0039]82壓緊塊83鎖緊螺栓
[0040]84鎖緊螺母85固定塊
[0041]86V型定位·塊87剛性底座
[0042]9直線驅動機構91電機
[0043]92直線導軌副93絲杠副
[0044]94滑臺95驅動桿固定座
[0045]96驅動桿10襯管
【具體實施方式】
[0046]以下由特定的具體實施例說明本發明的實施方式，熟悉此技術的人士可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點及功效。
[0047]請參閱圖1至圖4。須知，本說明書所附圖式所繪示的結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內容，以供熟悉此技術的人士了解與閱讀，并非用以限定本發明可實施的限定條件，故不具技術上的實質意義，任何結構的修飾、比例關系的改變或大小的調整，在不影響本發明所能產生的功效及所能達成的目的下，均應仍落在本發明所揭示的技術內容得能涵蓋的范圍內。同時，本說明書中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等的用語，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本發明可實施的范圍，其相對關系的改變或調整，在無實質變更技術內容下，當亦視為本發明可實施的范疇。
[0048]鑒于目前在小口徑管道內壁實施堆焊或補焊作業存在的技術難題，這類管件的在役維修主要采用堵管、襯管以及切割更換等方式，而這些維修方式均存在使傳熱效率降低、可靠性差、維修成本高以及維修工期長等缺點。另外，在工業領域，由于工況的要求，經常需要管材內壁具備耐蝕、耐磨等特性，這類管材的生產大多采用電弧堆焊技術，而當口徑小到傳統的電弧堆焊技術無法進行生產時，為了保證特殊的服役性能，口徑小的管材往往采用不銹鋼、鎳基合金以及一些稀有金屬等價格昂貴的單一材料，從而造成具有特殊性能的小口徑管材加工難度大、制造成本高以及資源浪費嚴重等問題。本發明的發明人設計出小口徑管內壁激光堆焊設備，采用激光堆焊技術進行自動化堆焊，從而能夠在小口徑管內壁形成內壁堆焊層，保證小口徑管道的維修質量和和維修成本，縮短小口徑管道維修工期；不但可進行管內壁襯管固定焊接，還可進行管內壁表面合金化以及管內壁熱處理等工作；不但可用于現場維修，還可以用于復合管材的工廠生產。
[0049]以下將通過具體實施例來對本發明的小口徑管內壁激光堆焊設備進行詳細說明。
[0050]如圖1、圖3、圖4所示，本發明提供一種小口徑管內壁激光堆焊設備，包括激光發射裝置和周向反射聚焦裝置，所述激光發射裝置的發射端設有一個保護氣體導通管62，所述保護氣體導通管62與所述小口徑管51的一端相連接，所述周向反射聚焦裝置可從所述小口徑管51的另一端插入所述小口徑管51的內腔中，所述周向反射聚焦裝置的后端與一直線驅動機構9相連接，所述周向反射聚焦裝置的前端設有與所述激光發射裝置的發射端相對的錐形弧面反射聚焦鏡72，所述直線驅動機構9帶動所述周向反射聚焦裝置，使所述錐形弧面反射聚焦鏡72在所述小口徑管51的內腔相對所述激光發射裝置的發射端作軸向運動，所述保護氣體導通管62的側壁上設有進氣口與保護氣體管路53相連接。
[0051]其中，所述激光發射裝置包括依次相連接的激光器2、光束傳導器件4和光束整形裝置6。
[0052]如圖2所示，所述保護氣體管路53連接氣源，所述氣源可以采用儲存有保護氣體的氣瓶56，則在所述氣瓶56到所述進氣口之間的保護氣體連接管路53上依次設有減壓閥55和流量調節閥54。
[0053]如圖2、圖3所示，所述周向反射聚焦裝置的后端設有水冷塊71，所述錐形弧面反射聚焦鏡72與水冷塊71通過螺紋連接，且連接部位設有耐高溫密封圈，使所述錐形弧面反射聚焦鏡72與水冷塊71之間形成一個密閉的水冷腔35，所述水冷塊71設有與所述水冷腔35相通的冷流道33和熱流道34 ;所述冷流道33通過第一冷水管31連接冷卻器39的出水口，所述熱流道34通過第一熱水管32連接冷卻器39的入水口，使所述水冷腔35與冷卻器39之間形成一條冷卻所述周向反射聚焦裝置的循環水管路。
[0054]如圖3所示，所述光束整形裝置6包括筒形殼體63、凸透鏡66、凹透鏡68、鏡片壓緊筒67和端蓋64，所述端蓋64設于所述筒形殼體63的后端并與所述光束傳導器件4相連接，所述保護氣體導通管62連接于所述筒形殼體63的前端，所述凸透鏡66、凹透鏡68沿激光的出射方向依次布置，由所述鏡片壓緊筒67壓緊在所述筒形殼體63的內部，所述筒形殼體63的內壁與鏡片壓緊筒67的外壁之間形成環形密封艙36，所述筒形殼體63的側壁上設有與所述環形密封艙36相通的進水口和出水口 ；與所述環形密封艙36相通的進水口通過第二冷水管37連接所述冷卻器39的出水口，與所述環形密封艙36相通的出水口通過第二熱水管38連接所述冷卻器39的入水口，使所述環形密封艙36與冷卻器39之間形成一條冷卻所述光束整形裝置6的循環水管路。為了使所述光束整形裝置6的冷卻效果好，所述筒形殼體63側壁上的進水口和出水口分別設于所述筒形殼體63兩端，在所述筒形殼體63的側壁一上一下呈180°排布。
[0055]所述筒形殼體63內還可以設有一個折射擴束鏡65，則所述折射擴束鏡65、凸透鏡66和凹透鏡68沿激光的出射方向依次布置，所述折射擴束鏡65也由鏡片壓緊筒67壓緊在所述筒形殼體63的內部，所述折射擴束鏡65為帶有淺錐形凹坑的光學透鏡。包含有折射擴束鏡65的光束整形裝置6，能夠將由所述光束傳導器件4輸出的、激光器2產生的激光束整形成準直傳播、截面小于錐形弧面反射聚焦鏡橫向投影面、中空的光柱。在此基礎上，改變所述凸透鏡66、所述凹透鏡68的鏡片曲率，或者調整所述凸透鏡66、所述凹透鏡68的數量，就可以將激光器2產生的激光束整形成不同直徑，從而可以適應不同內徑的小口徑管51的堆焊要求。而在堆焊所需的激光能量較小或堆焊時間較短的情況下，所述錐形弧面反射聚焦鏡72中心的尖端部位沒有被熔化的風險，此時可以簡化光路設計，僅需將所述光束傳導器件4輸出的激光束整形成實心準直光柱，從而所述光束整形裝置6可以取消所述折射擴束鏡65，所述錐形弧面反射聚焦鏡72同樣可以將沒有折射擴束鏡65的光束整形裝置6整形出來的實心準直光柱聚焦，在所述小口徑管51的內壁聚焦成能量密度極高的圓環形焦斑。為了較好地實現錐形弧面反射聚焦鏡72如上所述的聚焦功能，所述錐形弧面反射聚焦鏡72的聚焦面優選為具有積分曲率的凹形圓錐面。
[0056]為了使所述錐形弧面反射聚焦鏡72將所述光束整形裝置6整形出來的準直光柱在所述小口徑管51的內壁聚焦成能量密度極高的圓環形焦斑，所述小口徑管51應與所述錐形弧面反射聚焦鏡72、所述光束整形裝置6保持同軸，從而所述保護氣體導通管62的前端設有用于與所述小口徑管51相連接、并使所述小口徑管51與所述光束整形裝置6同軸的對中調整機構61。
[0057]本發明的小口徑管內壁激光堆焊設備還可以包括一剛性底座87，則所述直線驅動機構9安裝在所述剛性底座87上，所述剛性底座87上還設有用于夾持小口徑管51的夾持機構8。
[0058]如圖4所示，所述直線驅動機構9包括固定于所述剛性底座87的直線導軌副92、絲杠副93以及驅動所述絲杠副的電機91，所述直線導軌副92的滑塊和所述絲杠副93的螺母均與一滑臺94的底部固定,所述滑臺94上通過一驅動桿固定座95固定有一驅動桿96 ；如圖3所示，所述驅動桿96連接所述周向反射聚焦裝置的后端，即連接所述水冷塊71。從結構的可靠性及經濟性考慮，所述絲杠副93為一套，所述直線導軌副92為兩套，所述絲杠副93設于兩套所述直線導軌副92之間并與所述直線導軌副92平行。因滾珠絲杠螺母副具有傳動效率高(達85% — 98%)、靈敏度高(無顫動、無爬行，同步性好)、定位精度高(可以實現無間隙傳動，剛度強，溫升小)、使用壽命長(是普通滑動絲杠的4倍以上，磨損小，精度保持期長)的優點，且使用、潤滑和維修方便、可靠；可逆向傳動，不自鎖。雖然相對于梯形絲杠價位偏高，但是性價比還是很好的，因此，所述絲杠副93可優選地采用滾珠絲杠螺母副。
[0059]如圖4所示，所述夾持機構8包括與剛性底座87相連接的V型定位塊86和位于V型定位塊86上面的壓緊塊82，所述V型定位塊86和壓緊塊82通過鎖緊螺栓83、鎖緊螺母84連接在一起。所述剛性底座87與所述V型定位塊86之間還可以設置高度調節裝置，所述高度調節裝置包括與剛性底座87固定的固定塊85以及設于所述固定塊85上方、能夠相對于所述固定塊85上下移動的支撐板81。所述V型定位塊86與所述支撐板81固定，則本發明可以通過高度調節裝置來保證被夾持機構8夾持的不同直徑小口徑管51與連接所述驅動桿96的周向反射聚焦裝置同軸。當然所述高度調節裝置也可以設于所述驅動桿96和所述滑臺94之間，比如可以將驅動桿固定座95設計成可進行高度調節的高度調節裝置，則小口徑管51的直徑發生變化時，其軸線發生上下移動，相應地調節驅動桿固定座95的高度，使連接驅動桿96的周向反射聚焦裝置能夠保持與小口徑管51同軸即可。
[0060]為了避免小口徑管51在夾持過程中外表面被劃傷，所述夾持機構8的V型定位塊86和壓緊塊82與小口徑管51外表面接觸處應設置軟質材料的墊片來保護小口徑管51。本發明的小口徑管內壁激光堆焊設備不但可用于工廠生產作業，還可用于現場堆焊作業，若應用于管材的在役維修，則小口徑管51已在相應的位置固定不動，則本發明的小口徑管內壁激光堆焊設備可以不設置夾持機構8，并且，本發明的小口徑管內壁激光堆焊設備的直線驅動機構9還可以由比如核電站蒸汽發生器的傳熱管、熱交換器的傳熱管的渦流檢查裝置提供，即可以與其它具有直線驅動機構的設備共用直線驅動機構9。
[0061]另外，當本發明用于現場堆焊作業時，所述激光器2應采用高功率光纖激光器或Nd:YAG激光器，則所述光束傳導器件4應采用可柔性導光的光纖。當用于工廠生產作業時，除高功率光纖激光器和Nd =YAG激光器外，還可以采用高功率CO2氣體激光器，與所述高功率CO2氣體激光器配套的，所述光束傳導器件4應為多級反射鏡構成的硬光路。
[0062]如圖1所示，本發明的小口徑管內壁激光堆焊設備還包括用于控制所述直線驅動機構9和激光發射裝置的控制臺I。
[0063]本發明的所述驅動桿96為高剛度的空心桿體，以便于所述冷卻器39的出水口與所述水冷塊71的冷流道33之間的第一冷水管31、所述冷卻器39的入水口與所述水冷塊71的熱流道34之間的第一熱水管32的排布；若小口徑管51長度較長，所述空心桿體的剛度難以保證時，所述驅動桿96還可以由柔性纜線來代替，此時，所述周向反射聚焦裝置的側壁上應安裝有至少兩組滾動對中組件，以保證所述周向反射聚焦裝置能夠居中地在小口徑管51內壁順暢運動，使所述錐形弧面反射聚焦鏡72在運動過程中與小口徑管51保持同軸。
[0064]另外，本發明為了使所述光束整形裝置6、所述周向反射聚焦裝置及時散熱，冷卻效果好，所述筒形殼體63由導熱性好的金屬材料制成，所述錐形弧面反射聚焦鏡72、水冷塊71均由導熱性好、對激光反射率高的金屬材料制成。
[0065]如圖1至圖4所示，本發明的小口徑管內壁激光堆焊設備的使用方法如下:
[0066]堆焊前，清理小口徑管51 (包括母管和襯管10)的母管的內表面，去除其內表面的氧化膜、污潰、油脂等；然后將母管固定于所述夾持機構8 (若是對管件進行在役維修，則管件已處于剛性固定狀態，不必再用夾持機構8夾緊)。
[0067]將襯管10推入小口徑管51的母管中，然后用脹管機使襯管10與母管內壁緊密貼
八
口 ο
[0068]將與光束整形裝置6固定在一起的對中調整機構61夾緊在小口徑管51的母管的一端，使光束整形裝置6與小口徑管51同軸，同時讓保護氣體導通管62壓緊小口徑管51的端面。
[0069]調整周向反射聚焦裝置，使所述周向反射聚焦裝置的錐形弧面反射聚焦鏡72與小口徑管51、光束整形裝置6同軸，即使錐形弧面反射聚焦鏡72與光束整形裝置6射出的激光束相對，然后通過直線驅動機構9的驅動桿96將所述周向反射聚焦裝置由小口徑管51的另一端推至小口徑管51靠近光束整形裝置6的管口處。
[0070]開啟保護氣體的氣路，使保護氣體由氣源比如氣瓶56流出，經減壓閥55、流量控制閥54、保護氣體管路53進入保護氣體導通管62 ;由于保護氣體導通管62的一端被光束整形裝置6的鏡片完全阻斷，所以保護氣體只能從保護氣體導通管62的另一端流入小口徑管51的內部，在小口徑管51內部的所述周向反射聚焦裝置的阻擋下，保護氣體從所述周向反射聚焦裝置與小口徑管51內壁之間的間隙緩緩流出，從而使所述周向反射聚焦裝置與所述光束整形裝置6之間的小口徑管51內部完全被保護氣體所覆蓋，即堆焊管件內部的堆焊層和熔池區完全被保護氣體所覆蓋，并能夠帶走管內堆焊時所產生的高溫氣體。
[0071]開啟冷卻器39，一路冷卻水由冷卻器39流出，經第一冷水管31、水冷塊的冷流道33，進入所述周向反射聚焦裝置的水冷腔35對所述周向反射聚焦裝置進行冷卻，溫度升高的冷卻水流入水冷塊的熱流道34、經第一熱水管32回到冷卻器39，從而形成所述周向反射聚焦裝置的循環冷卻；另一路冷卻水經第二冷水管37進入筒形殼體63與鏡片壓緊筒67之間的環形密封艙36，經第二熱水管38回到冷卻器39，從而實現對光束整形裝置6的各鏡片邊緣的循環冷卻。
[0072]開啟激光器2，激光由光束傳導器件4傳導至光束整形裝置6，首先經折射擴束鏡65折射并擴束，形成截面中空的光柱(中空的目的是避免激光束直接照射錐形弧面反射聚焦鏡72的尖端而使其熔化，導致堆焊層夾雜，若堆焊所需的激光能量較小或堆焊時間較短，則折射擴束鏡65省略，直接輸出柱狀實心光束)。然后，中空的光束被凸透鏡66收束成截面小于反射錐形弧面反射聚焦鏡72橫截面的光束；再經凹透鏡68轉換成平行直線傳輸的空心柱狀光束。光束進入小口徑管51的內部，并照射到具有積分曲率凹形圓錐面的錐形弧面反射聚焦鏡72上，經周向偏轉反射聚焦，在小口徑管51的內表面聚焦成能量密度極高的圓環形焦斑。焦斑直接照射的環形區域中的襯管10和母管內表面淺層的溫度迅速升高，并熔化形成環形熔池。此時，由控制臺I控制直線驅動機構9的電機91轉動，通過絲杠副93驅動滑臺94，驅動滑臺94又帶動驅動桿96，進而帶動所述周向反射聚焦裝置作遠離所述光束整形裝置6的直線運動，能量密度極高的圓環形焦斑也隨之在母管和襯管10的管壁處作同向運動。焦斑離開后，熔池冷卻凝固，使襯管10和母管的內表面完全凝固結合形成堆焊層，而直線運動中的焦斑所在處的襯管10和母管內表面淺層又形成熔池。隨著焦斑的移動，襯管10和母管的內表面不斷形成熔池并凝固結合，直至襯管10完全形成堆焊層。
[0073]關閉激光器2 ;待所述周向反射聚焦裝置和所述光束整形裝置6冷卻至室溫，關閉冷卻器39 ;待堆焊層冷卻至室溫，關閉保護氣路；則小口徑管內壁激光堆焊完成。
[0074]綜上所述，本發明的小口徑管內壁激光堆焊設備能夠對內徑25mm以下的小口徑管進行內壁堆焊作業，便于小口徑管的修補，維修質量高，維修成本低，維修工期短；本發明不但能夠進行金屬材料的管內壁堆焊作業，還可以堆焊電弧堆焊技術無法加工的材料；本發明將激光束聚焦成環形光斑，環形光斑運動軌跡為圓柱面，使管壁堆焊層一次整體成形，無螺紋形焊道搭接邊，成形質量好，堆焊效率高、焊接熱輸入低，變形量小；錐形弧面反射聚焦鏡只作與待堆焊管同軸的直線運動，無需內置旋轉電機驅動，結構簡單，空間干涉小，可靠耐用，堆焊的管長度不受限制，無作業死角，可連續工作。本發明不但可用于現場維修，還可以用于復合管材的工廠生產；不但可用于預置襯管工藝的堆焊，也可用于預置粉末工藝的堆焊；不但可進行管內壁襯管固定焊接，還可進行管內壁表面合金化以及管內壁熱處理等工作。所以，本發明有效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產業利用價值。
[0075]上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用于限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術領域】中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。
【權利要求】
1.一種小口徑管內壁激光堆焊設備，其特征在于，包括激光發射裝置和周向反射聚焦裝置，所述激光發射裝置的發射端設有一個保護氣體導通管(62)，所述保護氣體導通管(62)與所述小口徑管(51)的一端相連接，所述周向反射聚焦裝置可從所述小口徑管(51)的另一端插入所述小口徑管(51)的內腔中，所述周向反射聚焦裝置的后端與一直線驅動機構(9)相連接，所述周向反射聚焦裝置的前端設有與所述激光發射裝置的發射端相對的錐形弧面反射聚焦鏡(72)，所述保護氣體導通管(62)的側壁上設有進氣口與保護氣體管路(53)相連接。
2.根據權利要求1所述的小口徑管內壁激光堆焊設備，其特征在于:所述激光發射裝置包括依次相連接的激光器(2 )、光束傳導器件(4 )和光束整形裝置(6 )。
3.根據權利要求2所述的小口徑管內壁激光堆焊設備，其特征在于:所述光束整形裝置(6 )包括筒形殼體(63 )、凸透鏡(66 )、凹透鏡(68 )、鏡片壓緊筒(67 )和端蓋(64)，所述端蓋(64)設于所述筒形殼體(63)的后端并與所述光束傳導器件(4)相連接，所述保護氣體導通管(62)連接于所述筒形殼體(63)的前端，所述凸透鏡(66)、凹透鏡(68)沿激光的出射方向依次布置，由所述鏡片壓緊筒(67 )壓緊在所述筒形殼體(63 )的內部，所述筒形殼體(63 )的內壁與鏡片壓緊筒(67)的外壁之間形成環形密封艙(36)，所述筒形殼體(63)的側壁上設有與所述環形密封艙(36)相通的進水口和出水口 ；所述進水口和出水口通過循環水管路與冷卻器(39)相連接。
4.根據權利要求3所述的小口徑管內壁激光堆焊設備，其特征在于:所述筒形殼體(63 )內還設有一個折射擴束鏡(65 )，所述折射擴束鏡(65 )、凸透鏡(66 )和凹透鏡(68 )沿激光的出射方向依次布置，所述折射擴束鏡(65)也由鏡片壓緊筒(67)壓緊在所述筒形殼體(63)的內部，所述折射擴束鏡(65)為帶有淺錐形凹坑的光學透鏡。
5.根據權利要求1所述的小口徑管內壁激光堆焊設備，其特征在于:所述保護氣體導通管(62)的前端設有用于與所述小口徑管(51)相連接的對中調整機構(61)。
6.根據權利要求1所述的小口徑管內壁激光堆焊設備，其特征在于:所述周向反射聚焦裝置的后端設有水冷塊(71)，所述錐形弧面反射聚焦鏡(72)與水冷塊(71)之間設有水冷腔(35)，所述水冷腔(35)通過循環水管路與冷卻器(39)相連接。
7.根據權利要求1所述的小口徑管內壁激光堆焊設備，其特征在于:還包括一剛性底座(87)，所述直線驅動機構(9)安裝在所述剛性底座(87)上,所述剛性底座(87)上還設有用于夾持小口徑管(51)的夾持機構(8)。
8.根據權利要求7所述的小口徑管內壁激光堆焊設備，其特征在于:所述直線驅動機構(9)包括固定于所述剛性底座(87)的直線導軌副(92)、絲杠副(93)以及驅動所述絲杠副的電機(91)，所述直線導軌副(92)的滑塊和所述絲杠副(93)的螺母均與一滑臺(94)的底部固定，所述滑臺上固定有一驅動桿(96)，所述驅動桿(96)連接所述周向反射聚焦裝置的后端。
9.根據權利要求7所述的小口徑管內壁激光堆焊設備，其特征在于:所述夾持機構(8)包括通過高度調節裝置與剛性底座相連接的V型定位塊(86)和位于V型定位塊(86)上面的壓緊塊(82)，所述V型定位塊(86)和壓緊塊(82)通過緊固件連接。
10.根據權利要求1所述的小口徑管內壁激光堆焊設備，其特征在于:還包括用于控制所述直線驅動機構(9)和激光發射裝置的控制臺(I)。
【文檔編號】B23K26/342GK103567638SQ201310549468
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月7日 優先權日:2013年11月7日
【發明者】俞照輝, 文忠, 閆國華, 李穎, 尹緒雨, 馮利法, 葉琛 申請人:國核電站運行服務技術有限公司