高温高压蒸汽阀门密封面在线修复系统的制作方法

本发明涉及一种密封面在线修复系统，特别是涉及一种高温高压蒸汽阀门密封面在线修复系统。

背景技术：

高温高压蒸汽阀门由于规格复杂、修复空间狭小、数量众多，目前在工业界尚缺乏通用配套设备能全范围适应其需求。在现场维修过程中，现有设备无法直接堆焊硬质合金，只能采取堆焊ernicrmo-3(镍基)对其进行修复。然而，镍基堆焊层的硬度只有hb＝180左右，无法具备一定的“红硬性”，即密封面的表面硬度需要达到hrc35～40左右，以保证其耐磨和耐冲刷性能。所以，开发自动化程度高，堆焊稀释率低的方法与装备是目前亟待解决的问题。本发明针对蒸汽阀门密封面的缺陷，通过耐磨层的自动堆焊、堆焊前后的预热和高温回火，堆焊层的高精度机加工，实现高温高压蒸汽阀门密封面的在线修复，保证阀门严密性，提高系统设备的可靠性、经济性。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种高温高压蒸汽阀门密封面在线修复系统，其具备修复后质量优良，修复效率高，整个修复的成本低的特点。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种高温高压蒸汽阀门密封面在线修复系统，其特征在于，其包括相互连接的移动式机器人tig焊接系统、热处理系统、数显研磨装置；

移动式机器人tig焊接系统包括焊枪枪头、焊枪枪管、拉丝器、导向轮、拉簧、支撑架、送丝管、水冷电缆、导向棒、较直器、送丝盘、送丝机、tig电源、送丝支架、移动万向轮、机器人底座、第一机器人轴、第二机器人轴、第三机器人轴、第四机器人轴、第五机器人轴、第六机器人轴、钨极、夹持件、高温摄像头，tig电源通过水冷电缆与导向棒相连，两个导向棒安装在送丝支架的顶端，送丝支架底端安装两个移动万向轮，较直器、送丝盘、送丝机都与送丝支架相连，送丝盘通过送丝管与较直器相连，送丝盘通过送丝管与送丝机相连，送丝机通过送丝管与导向轮相连，导向棒通过水冷电缆与导向轮相连，送丝管位于水冷电缆的下方，导向轮通过拉簧与支撑架相连，导向轮通过送丝管与拉丝器相连，导向轮通过水冷电缆与拉丝器相连，拉丝器与焊枪枪管相连，焊枪枪管与焊枪枪头相连，焊枪枪头与钨极相连，高温摄像头安装在焊枪枪管上，拉丝器与夹持件相连，夹持件与第六机器人轴相连，第六机器人轴与第五机器人轴相连，第五机器人轴与第四机器人轴相连，第四机器人轴与第三机器人轴相连，第三机器人轴与第二机器人轴相连，支撑架安装在第三机器人轴上，第二机器人轴与第一机器人轴相连，、第一机器人轴与机器人底座相连，机器人底座位于送丝支架右侧，送丝支架位于tig电源的右侧；

热处理系统包括中频感应内加热电源、中频感应外加热电源、第一水冷加热电源、第二水冷加热电源、风冷电缆、热处理升降装置、保温棉、阀体、感应线圈，热处理升降装置包括第一步进电机、滑台、l型线圈固定法兰盘、阀盖端面、水平移动固定钢板、丝杆固定螺母、滑台定位块、装置固定螺孔、手轮、移动丝杆、支撑件、固定钢板，感应线圈包括高硅氧布、盘型线圈、云母板、云母板固定螺栓、绝缘法兰盘、水冷铜管、十字架，中频感应内加热电源位于第一水冷加热电源的右侧，中频感应外加热电源位于中频感应内加热电源的下方，第一水冷加热电源与第二水冷加热电源之间通过中频感应内加热电源连接，第二水冷加热电源位于第一水冷加热电源的下方，风冷电缆与中频感应外加热电源连接，热处理升降装置位于第一水冷加热电源的左侧，保温棉位于热处理升降装置的下方，阀体位于感应线圈的左侧，感应线圈位于第二水冷加热电源的下方，第一步进电机和滑台定位块之间通过滑台连接，滑台位于第一步进电机的底部，l型线圈固定法兰盘位于滑台的右侧，阀盖端面位于滑台的底部，水平移动固定钢板位于移动丝杆的上方，丝杆固定螺母和手轮之间通过移动丝杆连接，滑台定位块位于丝杆固定螺母的下方，装置固定螺孔位于支撑件的右侧，手轮位于移动丝杆的右侧，移动丝杆位于丝杆固定螺母的右侧，支撑件位于移动丝杆的上方，固定钢板位于第一步进电机的左侧，高硅氧布位于云母板的左侧的顶部，盘型线圈位于高硅氧布的底部，云母板和绝缘法兰盖之间通过水冷铜管连接，云母板固定螺栓位于水冷铜管的上方，绝缘法兰盘位于水冷铜管的右侧，水冷铜管位于云母板的右侧，十字架位于高硅氧布的顶部；

数显研磨装置包括第二步进电机、升降器、升降平台、第一固定螺栓、主轴、研磨盘、涡轮箱、研磨电机、支架上板、摄像头、支架下板、阀体、堆焊层、涨紧装置，第二步进电机与升降器相连，升降平台、支架上板都与升降器相连，升降平台位于支架上板的上方，升降平台与涡轮箱相连，涡轮箱与研磨电机相连，多个摄像头安装在支架上板上，支架上板通过主轴与研磨盘相连，研磨盘与涨紧装置相连，涨紧装置与堆焊层相连，堆焊层安装在阀体上，阀体通过多个第一固定螺栓与支架下板相连，支架下板通过主轴与支架上板相连。

优选地，所述涨紧装置包括棘轮、滚珠、涨紧块、定位环、研磨轴、涨紧装置上板、涨紧装置下板、弹簧、定位销、滚珠定位销、橡胶环，多个棘轮、多个滚珠、多个涨紧块都安装在定位环上，多个棘轮、滚珠与涨紧块相连，棘轮位于滚珠的外侧，定位环与涨紧装置下板相连，涨紧装置下板与多个定位销相连，弹簧与定位销相连，定位销位于橡胶环一侧，橡胶环与涨紧装置下板相连，涨紧装置上板通过多个滚珠定位销与涨紧装置下板相连，研磨轴依次穿过涨紧装置上板、涨紧装置下板与定位环相连。

优选地，所述支架下板包括第二固定螺栓、阀体上端面、中心定位板，中心定位板通过多个第二固定螺栓与阀体上端面相连。

优选地，所述研磨盘包括定位板安装孔、研磨盘安装孔、研磨盘本体、定位板，定位板安装孔、研磨盘安装孔都安装在研磨盘本体上，定位板安装孔位于研磨盘安装孔的外圈，研磨盘本体与定位板相连。

本发明的积极进步效果在于：在修复方案方面,避开了目前国内厂家大多采用的对阀门破坏性的分离解体或清除的返厂维修方案，采用在阀门工作现场对密封面进行维修；在修复装备方面，避开目前“一种阀门一个装备”特种修复装备，采用更具柔性和智能化的机器人来实现自动修复；解决修复结果能完全达到设计制造初始要求，修复后的密封面硬度、耐磨性、高温性能均等效或高于原始设计；解决现场修复的时效性，设计的装备能够快速完成现场的定位安装，能够在阀门腔体内快速完成施工工艺；解决在阀门腔体内施焊、热处理的协同问题；本发明具备修复后质量优良，修复效率高，整个修复的成本低、经济性好的特点。

附图说明

图1为高温高压蒸汽阀门密封面在线修复系统的原理图。

图2为移动式机器人tig焊接系统的结构示意图。

图3为热处理系统的结构示意图。

图4为热处理系统的剖视图。

图5为热处理系统的感应线圈图。

图6为感应线圈的左视图。

图7为热处理升降装置的结构示意图。

图8为热处理升降装置的左视图。

图9为热处理升降装置的后视图。

图10为数显研磨装置的结构示意图。

图11为本发明涨紧装置的结构示意图。

图12为本发明涨紧装置的仰视图。

图13为本发明支架下板的结构示意图。

图14为本发明研磨盘的俯视图。

图15为本发明研磨盘的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。

如图1至图13所示，本发明高温高压蒸汽阀门密封面在线修复系统包括相互连接的移动式机器人tig(非熔化极惰性气体钨极保护焊)焊接系统、热处理系统、数显研磨装置；

移动式机器人tig焊接系统包括焊枪枪头1、焊枪枪管2、拉丝器3、导向轮4、拉簧5、支撑架6、送丝管7、水冷电缆8、导向棒9、较直器10、送丝盘11、送丝机12、tig电源13、送丝支架14、移动万向轮15、机器人底座16、第一机器人轴17、第二机器人轴18、第三机器人轴19、第四机器人轴20、第五机器人轴21、第六机器人轴22、钨极23、夹持件24、高温摄像头25，tig电源13通过水冷电缆8与导向棒9相连，两个导向棒9安装在送丝支架14的顶端，送丝支架14底端安装两个移动万向轮15，较直器10、送丝盘11、送丝机12都与送丝支架14相连，送丝盘11通过送丝管7与较直器10相连，送丝盘11通过送丝管7与送丝机12相连，送丝机12通过送丝管7与导向轮4相连，导向棒9通过水冷电缆8与导向轮4相连，送丝管7位于水冷电缆8的下方，导向轮4通过拉簧5与支撑架6相连，导向轮4通过送丝管7与拉丝器3相连，导向轮4通过水冷电缆8与拉丝器3相连，拉丝器3与焊枪枪管2相连，焊枪枪管2与焊枪枪头1相连，焊枪枪头1与钨极23相连，高温摄像头25安装在焊枪枪管2上，拉丝器3与夹持件24相连，夹持件24与第六机器人轴22相连，第六机器人轴22与第五机器人轴21相连，第五机器人轴21与第四机器人轴20相连，第四机器人轴20与第三机器人轴19相连，第三机器人轴19与第二机器人轴18相连，支撑架6安装在第三机器人轴19上，第二机器人轴18与第一机器人轴17相连，、第一机器人轴17与机器人底座16相连，机器人底座16位于送丝支架14右侧，送丝支架14位于tig电源13的右侧。

热处理系统包括中频感应内加热电源21、中频感应外加热电源22、第一水冷加热电源23、第二水冷加热电源24、风冷电缆25、热处理升降装置26、保温棉27、阀体28、感应线圈29，热处理升降装置26包括第一步进电机30、滑台31、l型线圈固定法兰盘32、阀盖端面33、水平移动固定钢板34、丝杆固定螺母35、滑台定位块36、装置固定螺孔37、手轮38、移动丝杆39、支撑件40、固定钢板41，感应线圈29包括高硅氧布42、盘型线圈43、云母板44、云母板固定螺栓45、绝缘法兰盘46、水冷铜管47、十字架48，中频感应内加热电源21位于第一水冷加热电源23的右侧，中频感应外加热电源22位于中频感应内加热电源1的下方，第一水冷加热电源23与第二水冷加热电源24之间通过中频感应内加热电源21连接，第二水冷加热电源24位于第一水冷加热电源3的下方，风冷电缆25与中频感应外加热电源22连接，热处理升降装置26位于第一水冷加热电源3的左侧，保温棉27位于热处理升降装置26的下方，阀体28位于感应线圈29的左侧，感应线圈29位于第二水冷加热电源24的下方，第一步进电机30和滑台定位块36之间通过滑台31连接，滑台31位于第一步进电机30的底部，l型线圈固定法兰盘32位于滑台31的右侧，阀盖端面33位于滑台11的底部，水平移动固定钢板34位于移动丝杆39的上方，丝杆固定螺母35和手轮38之间通过移动丝杆39连接，滑台定位块36位于丝杆固定螺母35的下方，装置固定螺孔37位于支撑件40的右侧，手轮38位于移动丝杆39的右侧，移动丝杆39位于丝杆固定螺母35的右侧，支撑件40位于移动丝杆39的上方，固定钢板41位于第一步进电机30的左侧，高硅氧布42位于云母板44的左侧的顶部，盘型线圈43位于高硅氧布42的底部，云母板44和绝缘法兰盖46之间通过水冷铜管47连接，云母板固定螺栓45位于水冷铜管47的上方，绝缘法兰盘46位于水冷铜管47的右侧，水冷铜管47位于云母板44的右侧，十字架48位于高硅氧布42的顶部。

数显研磨装置包括第二步进电机51、升降器52、升降平台53、第一固定螺栓54、主轴55、研磨盘56、涡轮箱57、研磨电机58、支架上板59、摄像头60、支架下板61、阀体62、堆焊层63、涨紧装置64，第二步进电机51与升降器52相连，升降平台53、支架上板59都与升降器52相连，升降平台53位于支架上板59的上方，升降平台53与涡轮箱57相连，涡轮箱57与研磨电机58相连，多个摄像头60安装在支架上板59上，支架上板59通过主轴55与研磨盘56相连，研磨盘56与涨紧装置64相连，涨紧装置64与堆焊层63相连，堆焊层63安装在阀体62上，阀体62通过多个第一固定螺栓54与支架下板61相连，支架下板61通过主轴55与支架上板59相连。

所述涨紧装置64包括棘轮65、滚珠66、涨紧块67、定位环68、研磨轴69、涨紧装置上板70、涨紧装置下板71、弹簧72、定位销73、滚珠定位销74、橡胶环75，多个棘轮65、多个滚珠66、多个涨紧块67都安装在定位环68上，多个棘轮65、滚珠66与涨紧块67相连，棘轮65位于滚珠66的外侧，定位环68与涨紧装置下板71相连，涨紧装置下板71与多个定位销73相连，弹簧72与定位销73相连，定位销73位于橡胶环75一侧，橡胶环75与涨紧装置下板71相连，涨紧装置上板70通过多个滚珠定位销74与涨紧装置下板71相连，研磨轴69依次穿过涨紧装置上板70、涨紧装置下板71与定位环68相连，这样能够提高准确性。

所述支架下板61包括第二固定螺栓76、阀体上端面77、中心定位板78，中心定位板78通过多个第二固定螺栓76与阀体上端面77相连，这样能够提高稳定性。

所述研磨盘56包括定位板安装孔79、研磨盘安装孔80、研磨盘本体81、定位板82，定位板安装孔79、研磨盘安装孔80都安装在研磨盘本体81上，定位板安装孔79位于研磨盘安装孔80的外圈，研磨盘本体81与定位板82相连，这样能够满足磨削残留物的移动和清除。

移动式机器人tig焊接系统依据被修复设备的结构、形状、尺寸以及现场设备的安装和运行环境来选择不同型号的机器人、焊接设备和工艺参数。当被修复设备的密封面通径小于300mm或深度处于700mm以内时，选择较大载荷(≮7kg)的小型机器人，反之则选择大载荷(≮15kg)的中大型机器人。焊接工艺参数依据不同的现场阀门密封面的位置、结构和尺寸来选择。移动式机器人tig焊接系统在工作时，首先采集稳定弧长下的焊接电压，同时将该电压作为高度跟踪时的参考计算电压，如果实际采集得到的电压偏离参考电压则调整焊枪枪管和焊枪枪头组成一个tig焊枪的z方向高度；本发明在实际应用中，采用了两台送丝机，分别装载镍基合金焊丝和钴基合金焊丝，两种焊丝经过导丝管分别沿钨极的两边送出，具体工作送丝机的种类、送丝速度由、机器人底座、第一机器人轴、第二机器人轴、第三机器人轴、第四机器人轴、第五机器人轴、第六机器人轴组成的一个机器人确定，在焊接指令前，实际使用先设定送丝机选择及相应的送丝速度；机器人带动tig焊枪完成施焊任务，同时机器人作为中央处理单元处理信号的启停与逻辑，其要求为六轴联动荷重不小于20kg(千克)，臂长不小于1.65m(米)，防护级别不低于ipr(ingressprotectionrating，防护安全级别)67，可任意角度安装，具有弧压跟踪功能，重复定位精度(rp)不大于0.04mm(毫米)，并且机器人具备弧压跟踪的功能，依据所监测的电弧电压，及时调整电弧高度，保证tig焊枪焊接时的成形和质量；tig电源可以有不同的控制模式，其具有控制两台送丝机的功能，同时tig电源具有与机器人实现数字通信的功能；较直器对于电流其通过一个霍尔电流传感器获得，具体实现方法为一个地线电缆穿过霍尔电流传感器得到；对于电压通过霍尔电压采集tig电源焊接时输出的电压，为了避免高频信号输出对采集信号的影响，对于霍尔电流传感器的正端其接地线，对于负端其接入手工焊焊枪输出端；送丝机含有两个独立的送丝机构，除了在一个送丝盘后有一个较直器外，在tig焊枪前端还添加了一个拉丝器，保证tig焊枪旋转时不阻丝，在焊接时推丝装置与拉丝器协同工作，拉丝器速度略大于推丝送丝速度(约5％)，机器人可以通过送丝机切换控制位选择需要工作的送丝机，同时控制该送丝机的启停；实际施焊过程中一个送丝机实现镍基焊丝填充，另外一台送丝机实现钴基焊丝的填充；送丝支架用于承载送丝机、送丝盘和较直器；水冷电缆和送丝管都被固定在机器人的导向轮上，导向轮功能在于引导送丝管、水冷电缆的方向，保证tig焊枪在机器人的夹持件上按照360度任意姿态动作时仍然能够送丝顺畅；tig电源的电流调节范围5～200a(安培)，最小可调区间不大于1a，一端接tig焊枪，这样用于加快钴基合金焊丝的熔敷效率，提高焊接速度；焊枪枪头用于焊接，焊枪枪管用于连接焊枪枪头，这样方便调节高度，拉簧起拉伸作用，支撑架、送丝支架起支撑作用，移动万向轮用于移动送丝支架，钨极起保护作用，夹持件起支撑作用，高温摄像头用于拍摄，防止电弧光的干扰，这样能满足多层多道不同焊丝切换的工艺需求，确保自动焊接时引弧成功率百分之百，确保tig焊枪焊接时弧长严格一致，防止弧长变化引起的热输入变化及送丝变化，同时能够满足高温高压蒸汽阀门密封面的制造需求，亦可在已安装设备的检修现场直接对产生缺陷部位进行堆焊和修复；本发明能够在现场能够根据实际工艺需求，灵活切换送丝的种类与速度，满足在高温高压蒸汽阀门内密封面的全位置深坑堆焊以及复合增材制造；本发明现场不用更换丝盘，可以随时切换tig焊枪焊接过程填充金属的种类及数量。

热处理系统主要用于阀门密封面焊接前后的预热和热处理，其加热方式(内和外)、加热电源功率(30～80kw)、线圈尺寸、冷却方式(水冷或风冷)、热处理工艺等亦依据工件的型式来选择。需要热处理时，先利用阀门端盖螺栓将工装固定在阀盖上，再将加热线圈固定在l型移动盘上，连接好加热电源和感应线圈的水冷电缆，焊接或修复前，感应线圈通过升降台工装先移动到阀体的阀盖法兰口，然后再进入到阀门腔体内直至密封面的内孔位置，对于外壁热处理，其主要由控制系统、60kw中频感应加热电源、柔性风冷外加热电缆组成，其加热电缆可直接缠绕在不规则阀体外壁，从阀门开始预热到整个焊接结束时其一直处于工作状态，在阀门外壁形成一道“热坝”，防止过度散热，以保证密封面加热效果，内壁和外壁热处理同时开始工作，预热温度恒定后，只退出内加热线圈，外壁热处理继续恒定温度，以保证焊接或修复过程中的层间温度，完成焊接或修复后，内加热线圈进入，与外加热线圈以相同的升温速率、恒温时间、降温速率开始进行焊后热处理，直至整个热处理过程全部完成，在实际加热过程中外加热电源的柔性风冷线圈电缆缠绕在阀门施焊面的外部，其工作有五个阶段，其中在内加热撤出时其加热温度保证施焊时焊接面温度不低于300℃～350℃，第一阶段为焊缝区域的预热阶段，该阶段内加热感应线圈经升降台工装带动到阀体内部修复面位置，该阶段内外加热同时工作，被加热部位按照预设的升温速率进行升温预热，第二阶段为预热温度恒温，目的是为了保证焊接或修复部位的内外壁温度保持一致，第三阶段，当预热温度恒定后内加热感应线圈被升降台工装带动抽出阀门腔体内部，此时外加热持续第二阶段的工作，保证焊接或修复过程温度不低于300℃，直至焊接或修复工作结束，第四至五阶段内外同时加热，工作按照设定的热处理曲线加热与冷却，这样能够根据现场高温高压蒸汽阀门密封面结构和环境的复杂性，确保在焊接或修复过程中满足热处理工艺要求。中频感应内加热电源能够启动内加热，中频感应外加热电源能够启动外加热，第一水冷加热电源能够启动水冷加热，第二水冷加热电源能够启动水冷加热，热处理升降装置能够在热处理时达到升降的作用，保温棉能够保温，步进电机提供电量，滑台靠在滑台定位块上，l型线圈固定法兰盘固定稳定，使用方便，阀盖端面结构简单，方便使用，水平移动固定钢板起到固定的作用，丝杆固定螺母固定移动丝杆，装置固定螺孔与螺钉配合固定，手轮控制移动丝杆，移动丝杆能够转动，支撑件起到支撑的作用，固定钢板起到固定的作用，高硅氧布包裹在感应线圈上，盘型线圈在内部缠绕，云母板起到闭合的作用，云母板固定螺栓起到固定的作用，绝缘法兰盘方便绝缘和连接，防止意外的发生，水冷铜管能够耐高温，十字架固定感应线圈的内部，这样做到轻型化、小型化，便于现场安装和操作，避免由于阀体壁厚太大导致的密封面裂纹倾向性。

数显研磨装置主要利用高温高压蒸汽阀门阀盖和阀座的同心圆，取两者中心点并联接成一线，依靠稳定的工装机构和大功率电机、高硬度的定型刀具和研磨盘、机加工实时监控设备，来满足现场设备密封面耐磨层精加工的设备和工艺。该系统为便携式机加工设备，可以快速将主机安装在阀盖或法兰端面的固定装置上，应用于处于一定深度(≮500mm)的阀腔内密封面阀座的加工。定型切削设备是用来去除原有存在缺陷的密封面和重新堆焊后的富裕量，最后通过研磨设备来获得最佳的密封面表面精度(<0.4μm)。

对于工业机器人，优选采用六轴联动机器人系统，有更高的生产运动灵活性。

对于施焊任务，水平焊接优选的是采用mig焊接方法,全位置焊接优选的是tig焊接方法，焊接更牢固。

对于热处理设备，优选的采用中频感应加热方法，方便快捷。

对于机加工设备，优选的采用定型铣刀和研磨盘，设备普遍，价格低廉。

本发明在修复方案方面避开了目前国内厂家大多采用的对阀门破坏性的分离解体或清除的返厂维修方案，采用在阀门工作现场对密封面进行维修；在修复装备方面，避开目前“一种阀门一个装备”特种修复装备，采用更具柔性和智能化的机器人来实现自动修复；解决修复结果能完全达到设计制造初始要求，修复后的密封面硬度、耐磨性、高温性能均等效或高于原始设计；解决现场修复的时效性，设计的装备能够快速完成现场的定位安装，能够在阀门腔体内快速完成施工工艺；解决在阀门腔体内施焊、热处理的协同问题。

综上所述，本发明具备修复后质量优良，修复效率高，整个修复的成本低、经济性好的特点。

以上所述的具体实施例，对本发明的解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。