本發(fā)明涉及水下激光修復(fù)，特別是涉及一種基于能量可控的水下激光同軸熔絲修復(fù)裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、在水下修復(fù)領(lǐng)域，特別是金屬工件的修復(fù)場(chǎng)景中，傳統(tǒng)修復(fù)方法面臨諸多難以克服的挑戰(zhàn)。目前常見的水下焊接技術(shù)，在能量控制和熔池狀態(tài)把控方面存在明顯不足，難以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)操作。這使得焊縫質(zhì)量極不穩(wěn)定，氣孔、裂紋等缺陷頻繁出現(xiàn)。而且，復(fù)雜的水下環(huán)境會(huì)對(duì)焊接過(guò)程產(chǎn)生嚴(yán)重干擾，極大地影響焊接效果。

2、現(xiàn)有的部分水下激光修復(fù)裝置，雖然借助了激光技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，但在能量控制的精準(zhǔn)度上仍有待提升。這些裝置無(wú)法依據(jù)不同工件材料和缺陷類型的具體需求，靈活且精確地調(diào)整激光能量分布，導(dǎo)致修復(fù)效果參差不齊，難以滿足實(shí)際應(yīng)用中的多樣化要求。

3、在排水和氣體保護(hù)方面，部分裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在缺陷。它們無(wú)法高效排除水汽和雜質(zhì)，保護(hù)氣體的覆蓋范圍有限且穩(wěn)定性欠佳。這使得修復(fù)區(qū)域極易受到氧化和污染，嚴(yán)重影響修復(fù)后工件的性能。此外，水下環(huán)境具有高鹽、高濕的特點(diǎn)，在局部干法激光修復(fù)過(guò)程中，熔覆層表面容易與水汽接觸，進(jìn)而產(chǎn)生氧化皮，對(duì)后續(xù)的修復(fù)質(zhì)量造成負(fù)面影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于能量可控的水下激光同軸熔絲修復(fù)裝置及方法，有效解決了水下激光熔絲修復(fù)過(guò)程中的能量控制、環(huán)境干擾和修復(fù)質(zhì)量等問(wèn)題，保證同軸熔絲的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量、高效率的水下工件修復(fù)。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

3、一種基于能量可控的水下激光同軸熔絲修復(fù)裝置，包括蓋板、能量可控點(diǎn)環(huán)光斑系統(tǒng)、內(nèi)層排氣腔和外層排水腔，所述蓋板設(shè)置于所述外層排水腔的頂部，所述內(nèi)層排氣腔與外層排水腔均對(duì)稱設(shè)置，所述能量可控點(diǎn)環(huán)光斑系統(tǒng)設(shè)置于兩個(gè)所述內(nèi)層排氣腔組成的結(jié)構(gòu)內(nèi)部，兩個(gè)所述內(nèi)層排氣腔設(shè)置于兩個(gè)所述外層排水腔組成的結(jié)構(gòu)內(nèi)部，所述外層排水腔的底部連通有擋水罩，所述擋水罩的一側(cè)設(shè)置有送絲機(jī)構(gòu)。

4、優(yōu)選地，所述能量可控點(diǎn)環(huán)光斑系統(tǒng)內(nèi)置有激光功率調(diào)節(jié)單元，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的修復(fù)工藝參數(shù)和實(shí)時(shí)反饋信息，調(diào)整激光的輸入功率，且還包括進(jìn)光口、整形元件和保護(hù)鏡片，所述進(jìn)光口對(duì)稱設(shè)置于所述蓋板的內(nèi)部，兩個(gè)所述進(jìn)光口均通過(guò)傳輸通道與所述整形元件相連接，所述保護(hù)鏡片設(shè)置于所述蓋板位于所述整形元件的正上方。

5、優(yōu)選地，所述整形元件的下方設(shè)有準(zhǔn)直透鏡和聚焦透鏡，所述準(zhǔn)直透鏡與聚焦透鏡依次設(shè)置在激光傳輸路徑上，所述聚焦透鏡的下方設(shè)有激光通道，所述激光通道的下方設(shè)有熔覆頭，所述準(zhǔn)直透鏡用于將進(jìn)入的激光束進(jìn)行準(zhǔn)直處理，使激光束成為平行度高的光束，所述聚焦透鏡用于將準(zhǔn)直后的激光束聚焦于待修復(fù)工件的表面，以確保激光能量能夠集中作用于修復(fù)部位，所述激光通道用于傳輸聚焦后的激光。

6、優(yōu)選地，所述聚焦透鏡經(jīng)過(guò)的激光束包括內(nèi)圈和外圈，所述內(nèi)圈的能量高，用于熔化絲材對(duì)待修復(fù)工件進(jìn)行修復(fù)，所述外圈的能量低，用于清洗待修復(fù)工件表面的氧化物。

7、優(yōu)選地，所述整形元件的外側(cè)設(shè)置有循環(huán)水冷通道，所述循環(huán)水冷通道環(huán)繞于所述整形元件的外壁，通過(guò)循環(huán)流動(dòng)的冷卻介質(zhì)帶走裝置運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的熱量。

8、優(yōu)選地，所述內(nèi)層排氣腔的外壁設(shè)有進(jìn)氣口，所述進(jìn)氣口與內(nèi)層排氣腔相連通，用于通入惰性保護(hù)氣體，并在內(nèi)層排氣腔內(nèi)形成穩(wěn)定的氣幕以隔離水下環(huán)境中的水汽和雜質(zhì)。

9、優(yōu)選地，所述送絲結(jié)構(gòu)包括送絲管，所述送絲管設(shè)置于熔覆頭的內(nèi)部，所述送絲管用于將焊絲輸送至熔覆頭，通過(guò)所述送絲管輸送焊絲至熔覆頭與激光通道傳輸?shù)募す馐鴮?shí)現(xiàn)同軸熔絲。

10、優(yōu)選地，所述送絲管設(shè)置于所述熔覆頭的內(nèi)部正中間的位置處，所述送絲管的外壁與所述熔覆頭的內(nèi)壁通過(guò)固定塊連接。

11、優(yōu)選地，所述送絲管與水平方向的夾角為90°。

12、本發(fā)明還提供了一種上述的基于能量可控的水下激光同軸熔絲修復(fù)裝置的方法，包括以下步驟：

13、s1、將修復(fù)裝置安裝并定位在待修復(fù)工件的表面上，并根據(jù)待修復(fù)工件的材料及服役性能需求選擇絲材；

14、s2、向進(jìn)氣口通入氣體以排清擋水罩內(nèi)部的水汽，形成局部氣相區(qū)，隨后設(shè)定好修復(fù)路線，根據(jù)預(yù)設(shè)的修復(fù)路線使修復(fù)裝置空走來(lái)驗(yàn)證修復(fù)路徑的可靠性，同時(shí)利用激光束的外圈光源清洗待修復(fù)工件表面的氧化物；

15、s3、隨后通過(guò)進(jìn)氣口向內(nèi)層排氣腔通入惰性保護(hù)氣體，形成穩(wěn)定的氣幕以隔離水下環(huán)境中的水汽和雜質(zhì)，隨后啟動(dòng)能量可控點(diǎn)環(huán)光斑系統(tǒng)，通過(guò)激光功率調(diào)節(jié)單元根據(jù)預(yù)設(shè)的修復(fù)工藝參數(shù)和實(shí)時(shí)反饋信息調(diào)整激光束的輸入功率；

16、s4、激光束通過(guò)進(jìn)光口進(jìn)入整形元件，進(jìn)行初步整形，然后通過(guò)準(zhǔn)直透鏡進(jìn)行準(zhǔn)直處理，最后由聚焦透鏡聚焦于激光通道中；

17、s5、送絲管向熔覆頭輸送焊絲，隨后聚焦后的激光束送入熔覆頭中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)激光束與焊絲同軸熔化，完成待修復(fù)工件的修復(fù)。

18、根據(jù)本發(fā)明提供的具體實(shí)施例，本發(fā)明公開了以下技術(shù)效果：

19、(1)本發(fā)明通過(guò)能量可控點(diǎn)環(huán)光斑系統(tǒng)，能夠根據(jù)不同的修復(fù)需求精確調(diào)整激光能量分布和輸入功率，確保內(nèi)圈高能量有效熔化焊絲進(jìn)行修復(fù)，外圈低能量清理工件表面氧化物，極大地提高了修復(fù)的精度和質(zhì)量，使修復(fù)后的工件性能更接近原始狀態(tài)。

20、(2)本發(fā)明通過(guò)對(duì)內(nèi)層排氣腔和外層排水腔進(jìn)行設(shè)計(jì)，配合相應(yīng)的進(jìn)氣和排水操作，能快速有效地排除水汽和雜質(zhì)，形成穩(wěn)定的局部氣相區(qū)和氣幕，為修復(fù)過(guò)程提供良好的工作環(huán)境，減少了環(huán)境因素對(duì)修復(fù)效果的干擾，提高了修復(fù)的成功率和穩(wěn)定性；同時(shí)本發(fā)明還保證了焊絲輸送的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)同軸熔絲的同時(shí)避免了水下環(huán)境對(duì)送絲過(guò)程的影響，確保熔絲修復(fù)過(guò)程的連續(xù)性和可靠性。

技術(shù)特征：

1.一種基于能量可控的水下激光同軸熔絲修復(fù)裝置，其特征在于，包括蓋板、能量可控點(diǎn)環(huán)光斑系統(tǒng)、內(nèi)層排氣腔和外層排水腔，所述蓋板設(shè)置于所述外層排水腔的頂部，所述內(nèi)層排氣腔與外層排水腔均對(duì)稱設(shè)置，所述能量可控點(diǎn)環(huán)光斑系統(tǒng)設(shè)置于兩個(gè)所述內(nèi)層排氣腔組成的結(jié)構(gòu)內(nèi)部，兩個(gè)所述內(nèi)層排氣腔設(shè)置于兩個(gè)所述外層排水腔組成的結(jié)構(gòu)內(nèi)部，所述外層排水腔的底部連通有擋水罩，所述擋水罩的一側(cè)設(shè)置有送絲機(jī)構(gòu)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于能量可控的水下激光同軸熔絲修復(fù)裝置，其特征在于，所述能量可控點(diǎn)環(huán)光斑系統(tǒng)內(nèi)置有激光功率調(diào)節(jié)單元，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的修復(fù)工藝參數(shù)和實(shí)時(shí)反饋信息，調(diào)整激光的輸入功率，且還包括進(jìn)光口、整形元件和保護(hù)鏡片，所述進(jìn)光口對(duì)稱設(shè)置于所述蓋板的內(nèi)部，兩個(gè)所述進(jìn)光口均通過(guò)傳輸通道與所述整形元件相連接，所述保護(hù)鏡片設(shè)置于所述蓋板位于所述整形元件的正上方。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于能量可控的水下激光同軸熔絲修復(fù)裝置，其特征在于，所述整形元件的下方設(shè)有準(zhǔn)直透鏡和聚焦透鏡，所述準(zhǔn)直透鏡與聚焦透鏡依次設(shè)置在激光傳輸路徑上，所述聚焦透鏡的下方設(shè)有激光通道，所述激光通道的下方設(shè)有熔覆頭，所述準(zhǔn)直透鏡用于將進(jìn)入的激光束進(jìn)行準(zhǔn)直處理，使激光束成為平行度高的光束，所述聚焦透鏡用于將準(zhǔn)直后的激光束聚焦于待修復(fù)工件的表面，以確保激光能量能夠集中作用于修復(fù)部位，所述激光通道用于傳輸聚焦后的激光。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于能量可控的水下激光同軸熔絲修復(fù)裝置，其特征在于，所述聚焦透鏡經(jīng)過(guò)的激光束包括內(nèi)圈和外圈，所述內(nèi)圈的能量高，用于熔化絲材對(duì)待修復(fù)工件進(jìn)行修復(fù)，所述外圈的能量低，用于清洗待修復(fù)工件表面的氧化物。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于能量可控的水下激光同軸熔絲修復(fù)裝置，其特征在于，所述整形元件的外側(cè)設(shè)置有循環(huán)水冷通道，所述循環(huán)水冷通道環(huán)繞于所述整形元件的外壁，通過(guò)循環(huán)流動(dòng)的冷卻介質(zhì)帶走裝置運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的熱量。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于能量可控的水下激光同軸熔絲修復(fù)裝置，其特征在于，所述內(nèi)層排氣腔的外壁設(shè)有進(jìn)氣口，所述進(jìn)氣口與內(nèi)層排氣腔相連通，用于通入惰性保護(hù)氣體，并在內(nèi)層排氣腔內(nèi)形成穩(wěn)定的氣幕以隔離水下環(huán)境中的水汽和雜質(zhì)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于能量可控的水下激光同軸熔絲修復(fù)裝置，其特征在于，所述送絲結(jié)構(gòu)包括送絲管，所述送絲管設(shè)置于熔覆頭的內(nèi)部，所述送絲管用于將焊絲輸送至熔覆頭，通過(guò)所述送絲管輸送焊絲至熔覆頭與激光通道傳輸?shù)募す馐鴮?shí)現(xiàn)同軸熔絲。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于能量可控的水下激光同軸熔絲修復(fù)裝置，其特征在于，所述送絲管設(shè)置于所述熔覆頭的內(nèi)部正中間的位置處，所述送絲管的外壁與所述熔覆頭的內(nèi)壁通過(guò)固定塊連接。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于能量可控的水下激光同軸熔絲修復(fù)裝置，其特征在于，所述送絲管與水平方向的夾角為90°。

10.根據(jù)權(quán)利要求1～9任一項(xiàng)所述的一種基于能量可控的水下激光同軸熔絲修復(fù)裝置的方法，其特征在于，包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種基于能量可控的水下激光同軸熔絲修復(fù)裝置及方法，屬于水下激光修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，包括蓋板、能量可控點(diǎn)環(huán)光斑系統(tǒng)、內(nèi)層排氣腔和外層排水腔，蓋板設(shè)置于外層排水腔的頂部，內(nèi)層排氣腔與外層排水腔均對(duì)稱設(shè)置，能量可控點(diǎn)環(huán)光斑系統(tǒng)設(shè)置于兩個(gè)內(nèi)層排氣腔組成的結(jié)構(gòu)內(nèi)部，兩個(gè)內(nèi)層排氣腔設(shè)置于兩個(gè)外層排水腔組成的結(jié)構(gòu)內(nèi)部，外層排水腔的底部連通有擋水罩，擋水罩的一側(cè)設(shè)置有送絲機(jī)構(gòu)。本發(fā)明有效解決了水下激光熔絲修復(fù)過(guò)程中的能量控制、環(huán)境干擾和修復(fù)質(zhì)量等問(wèn)題，保證同軸熔絲的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量、高效率的水下工件修復(fù)。

技術(shù)研發(fā)人員：占小紅,王建峰,季金晟,雷德梁,劉戰(zhàn)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京航空航天大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/28