一种叶片用电场施加方法及装置与流程

本发明涉及一种用于汽轮机叶片领域的电场施加方法及装置

背景技术：

汽轮机叶片是发电厂中至关重要的零部件，其叶片运行环境恶劣，进气边气流温度和气流速度高，其线速度可达超音速，高温高压的蒸汽流会导致叶片在气蚀或疲劳等因素作用下发生失效。而叶片的制造成本高，如能在失效后进行修复再制造就能节省大量的社会资源。目前主要的修复手段有钎焊、热喷涂和激光熔覆等，而激光熔覆具有精度高、性能好等优点，被广泛应用于叶片修复。然而，传统的激光熔覆技术容易出现裂纹等问题，影响熔覆层的质量及使用性能。而采用磁场和电场同时辅助激光熔覆过程，可有效调控激光再制造过程中熔池流体运动、内部颗粒分布以及熔覆缺陷，起到显著的控形控性效果，有效减少气孔、杂质、裂纹等缺陷，获得优良的性能。但是目前由于叶片修复过程，电磁场中电场施加困难，限制了该技术在实际生成中的应用。

浙江工业大学王梁等人申报的专利申请号为201710048752.9的一种用于汽轮机叶片的电磁复合场协同激光再制造装置。该方法包括激光系统，送粉器，磁场发生装置和电极夹具等，但该电极夹具未针对叶片的复杂形状进行特殊设计，夹具夹持不牢固，接触面积小，导致接触电阻大，发热严重，实际使用环境局限。

针对上诉电场施加中存在的问题，本发明提供了一种叶片用电场施加方法及装置。该方法采用四爪卡盘夹持叶片，在爪盘和叶尖分别夹持电源正负极。叶尖处电极采用u型夹具，利用螺纹夹紧以提高夹持力。夹具内设有分叉的铜片，利用铜片的弹性和分叉形成的两片铜片，提高接触面积，减少接触电阻。铜片叠层区域两片间留有空隙，提供压紧过程中铜片的活动范围，使铜片更贴合叶片表面。爪盘处电极通过螺栓直接链接到爪盘螺纹孔内，从而实现在叶片内形成稳定电场的目的。

技术实现要素：

本发明要克服现有技术的上述技术问题，提供一种用于叶片的电场施加方式和施加装置，通过将施加的电场与现成磁场耦合形成洛伦兹力，以调控激光再制造过程中熔池流体运动、内部颗粒分布以及熔覆缺陷，起到显著的控形控性效果，有效减少气孔、杂质、裂纹等缺陷，获得优良的性能。

为了达到上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种叶片用电场施加方法，包括如下步骤：

(1)将叶片根部进行打磨、清洗、干燥，将叶尖进行清洗和干燥，将电极夹具接触部位进行打磨、清洗和干燥；

(2)将叶片3装夹在四爪卡盘2上；

(3)将电源线接线头1和电极夹头4分别装夹在四爪卡盘螺纹孔处和叶尖处，拧紧紧固螺柱404以夹紧夹具，并连接到电源正负极；

(4)打开电源，进行处理工作；

本发明还包括实施上述一种叶片用电场施加方法的装置，其特征在于：包括四爪卡盘2、叶片3、电极夹具；所述四爪卡盘2为常用叶片爪盘，用于装夹叶片3；所述电极夹具由电极夹头4和四爪卡盘2处的电源线接线头1组成，电极夹头4和四爪卡盘2处的电源线接线头1各自连接电源正负极，形成稳定电场；

所述电源线接线头1通过螺柱紧固在四爪卡盘2上，叶尖处电极夹头4通过紧固螺柱404夹紧在叶尖处；

所述电极夹头4包括铜片挡板401、回型铜片402、上支架403、紧固螺柱404、销405、螺栓406、电源线接线端子407和下支架408；上支架403和下支架408都呈长边与短边相互垂直构成的l形，两者的短边的端部通过销(405)相互铰接，拼合成c形框架；上支架403和下支架408的长边通过紧固螺柱404紧固连接，下支架408与紧固螺柱404的螺杆通过螺纹啮合，紧固螺柱404的螺柱可相对滑动地穿过上支架403上的长条形通槽，紧固螺栓404的头部的直径大于上支架403上的长条形通槽的宽度；回型铜片402是可弹性变形的薄铜片；将c形框架的内部定义为内侧，回型铜片402贴合在上支架403和下支架408的内侧，回型铜片402在所述短边的端部通过接线端子407和螺栓406连接电源线，回型铜片402在所述长边的端部卷起，支架403和下支架408上的回型铜片402的端部卷起部位4021相对设置，形成夹持叶片3的夹口，回型铜片402的夹持面开有长槽，端部卷起部位折返段4022与回型铜片402之间留有间隙。

回型铜片402为厚度为0.1mm～5mm的薄铜片，利用薄铜片的弹性，使夹头夹紧时增大接触面积，以减少接触电阻。同时接触部位的铜片裁成两块，以更好的贴合叶片的曲面形貌，进一步提高接触面积。此外，铜片叠层区域两片间留有空隙，提供压紧过程中铜片的活动范围，使回型铜片402更贴合叶片表面。电源线与回型铜片402通过接线端子407用螺栓406连接。

本发明具有下述有点：

(1)该方法中电极的装夹位置可使叶片内电流方向一致性好，从而使激光加工效果稳定。

(2)采用u型电极夹头和特殊设计的铜片，可以增大电极夹头与叶片接触面积，进而减小接触电阻，减少发热。

(3)该方法的电极夹头和装夹方法结构干涉小，使用局限小。

附图说明

图1本发明的整体装配示意图

图2本发明的电极夹头结构示意图

图3本发明的铜片结构示意图

上述图中：1-电源线接线头；2-四爪卡盘；3-叶片；4-电极夹头；401-铜片挡板；402-回型铜片；403-上支架；404-紧固螺柱；405-销；406-螺栓；407-电源线接线端子；408-下支架

具体实施方法

下面结合附图对本说明作进一步描述。

本发明的一种叶片用电场施加方法，包括如下步骤：

(1)将叶片根部进行打磨、清洗、干燥，将叶尖进行清洗和干燥，将电极夹具接触部位进行打磨、清洗和干燥；

(2)将叶片3装夹在四爪卡盘2上；

(3)将电源线接线头1和电极夹头4分别装夹在四爪卡盘螺纹孔处和叶尖处，拧紧紧固螺柱404以夹紧夹具，并连接到电源正负极；

(4)打开电源，进行处理工作；

本发明方法的一种叶片用电场施加装置，

包括四爪卡盘2、叶片3、电极夹具；所述四爪卡盘2为常用叶片爪盘，用于装夹叶片3；所述电极夹具由电极夹头4和四爪卡盘2处的电源线接线头1组成，电极夹头4和四爪卡盘2处的电源线接线头1各自连接电源正负极，形成稳定电场；

所述电源线接线头1通过螺柱紧固在四爪卡盘2上，叶尖处电极夹头4通过紧固螺柱404夹紧在叶尖处；

所述电极夹头4包括铜片挡板401、回型铜片402、上支架403、紧固螺柱404、销405、螺栓406、电源线接线端子407和下支架408；上支架403和下支架408都呈长边与短边相互垂直构成的l形，两者的短边的端部通过销(405)相互铰接，拼合成c形框架；上支架403和下支架408的长边通过紧固螺柱404紧固连接，下支架408与紧固螺柱404的螺杆通过螺纹啮合，紧固螺柱404的螺柱可相对滑动地穿过上支架403上的长条形通槽，紧固螺栓404的头部的直径大于上支架403上的长条形通槽的宽度；回型铜片402是可弹性变形的薄铜片；将c形框架的内部定义为内侧，回型铜片402贴合在上支架403和下支架408的内侧，回型铜片402在所述短边的端部通过接线端子407和螺栓406连接电源线，回型铜片402在所述长边的端部卷起，支架403和下支架408上的回型铜片402的端部卷起部位4021相对设置，形成夹持叶片3的夹口，回型铜片402的夹持面开有长槽，端部卷起部位折返段4022与回型铜片402之间留有间隙。

回型铜片402的夹持面开有长槽是为了更好的贴合叶片3的曲面形貌，进一步提高接触面积。此外，端部卷起部位折返段4022与回型铜片402之间留有间隙，以此提供压紧过程中回型铜片402的活动范围，使回型铜片402更贴合叶片表面。

实例中对叶片进行前期处理，然后装夹在四爪卡盘上，电源线接线头通过螺纹连接到四爪卡盘上。电极夹头装夹在叶尖处，将电极夹头卡在叶尖靠进气边处，拧紧紧固螺柱，直至夹紧叶片，将电源线通过电源线接线端子与电极夹头连接。接通电源，即可在叶片进气边形成稳定稳态电场。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。