电磁场复合激光增材修复用叶片夹持装置的制作方法

本发明涉及一种电磁场复合激光增材修复用叶片夹持装置。

背景技术：

汽轮机主要用作发电用的原动机，也可直接驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等。汽轮机叶片是汽轮机的“心脏”，是汽轮机中极为重要的零件。叶片一般都处在高温、高压、高转速或湿蒸汽区等恶劣环境中，经受着离心力、蒸汽力、蒸汽激振力、腐蚀和振动以及湿蒸汽区高速水滴冲蚀的共同作用，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硬质合金堆焊、镶嵌硬质合金、表面镀铬、电火花强化处理、表面氧化、表面热处理和激光熔覆等，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、气孔等问题。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。

浙江工业大学王梁等人申报的专利申请号为201910080958.9的一种叶片用电场施加方法及装置。该方法包括四爪卡盘、叶片和电极夹具，但在施加电磁场的过程中四爪卡盘、叶片全部导电，使整个工作台处于危险状态。另外汽轮机叶片的叶根形状复杂，普通的四爪卡盘不能很好的对叶片起到夹持的作用，四爪卡盘与叶根不能完好贴合，从而增大了接触电阻，影响叶片的修复效果。

技术实现要素：

本发明要克服上述技术问题，提供一种电磁场用叶片夹持装置，与该装置相配合，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：

一种电磁场复合激光增材修复用叶片夹持装置，包括四爪卡盘1、叶片夹具2、叶片3、电极夹具4；其特征在于：叶片3沿轴向设置，轴向指四爪卡盘1的中心轴方向，叶片3的叶梢端为前、叶根端为后，面向后方确定左、右方向，叶片3的两面为上、下方向，叶片3的前端装有电极夹具4，叶片3的后端装夹在叶片夹具2上；电极夹头4和叶片夹具2处的铜片电极202各自连接电源正负极，形成稳定电场；

四爪卡盘1的前部连接叶片夹具2的绝缘法兰盘201，叶片夹具2上绝缘法兰盘201、后挡板203、工字托板204由后向前依次连接，工字托板204包括底板和与底板垂直的左立板和右立板，所述的底板平行于叶片3，在所述的中轴线的横截面上平行于所述的底板的方向为横向，

右立板上装有铜片电极202，左立板的前端装有活动前挡块206，调节螺栓207横向穿过左立板的螺纹孔顶住活动前挡块206，左立板上还装有顶紧弹簧209；顶紧弹簧209将叶根从侧面夹紧在固定前挡板205上；右立板的前端装有固定前挡板205，固定前挡板205与活动前挡块206阻碍叶根向前运动；

底板上设有横向的长条形通槽，承载楔形活动块210的紧固螺栓212从上向下穿设在长条形通槽内，紧固螺栓212设有用于将楔形活动块210压紧在叶根上的紧固螺母211；

楔形活动块210包括横向设置的固定板2102，固定板2102的中部的扁长通槽内穿设有紧固螺栓212，固定板2102两侧各连接一个楔形块2103，楔形块2103呈上大下小的四棱台形；楔形块2103的宽度小于叶片3的叉形叶根的间隙，楔形块2103的前端倾斜面2104和右端倾斜面2105与叶根缝隙的角落接触；

底板的下表面沿所述的长条形通槽装有导向滑轨215，导向滑轨215上装有导向块216，紧固螺栓212穿过导向块216的通孔。

进一步，导向块216上装有定位螺栓214，定位螺栓214顶紧导向滑轨215。

进一步，两枚挡板导向柱208穿设在工字托板204的左立板的光孔，活动前挡块206与两枚挡板导向柱208通过螺纹啮合。

两枚预紧导向柱213通过工字托板204的光孔，在两个预紧弹簧209的作用下对叶根进行夹紧。楔形活动块210在紧固螺母211与紧固螺柱212配合做用下，对叉型叶根进行向下夹紧的动作；紧固螺柱212的螺柱可相对滑动地穿过楔形活动块210上的长条形通槽；导向块216可在导向滑轨215上来回滑动，定位螺栓214对导向块216起到紧固定位的作用；紧固螺柱212通过导向滑轨215、导向块216与定位螺栓214可进行来回调节，楔形活动块210也可通过固定板2102上的长条形通槽进行来回调节,从而使夹具可夹持不同尺寸的叉形叶根；

楔形块2103的前端倾斜面2104和右端倾斜面2105与叶根缝隙的角落接触,楔形块2103与叶根缝隙间留有空隙；在楔形活动块210向下夹紧的过程中，对叶片4的叉形叶根实现向下，向前，向右动作；固定前挡块205与活动前挡块206阻碍叶片3的叉形叶根向前动作，从而起到前后紧固的作用，楔形活动块210向下动作起到上下紧固的作用，楔形活动块210向对叶根造成向右动作与两枚预紧导向柱213和两个预紧弹簧209的作用下对叶根进行左右紧固的作用。

针对现有的叶片夹持以及电场施加中存在的问题，本发明提供了一种电磁场用叶片夹持装置。四爪卡盘夹持该装置的绝缘法兰盘部分，法兰盘圆柱体结构能保证四爪卡盘夹持的稳定可靠性。在该装置的铜片电极处夹持电源正极，在叶片的叶尖处夹持负极，在叶片接通电流时绝缘法兰盘能阻断电流通过四爪卡盘，从而保证工作台的安全性。叶片夹具是针对汽轮机领域普遍存在的叉形叶根进行设计的，叶片的叶根部位与夹具的工字托板紧密贴合，提高接触面积，减少接触电阻，减少发热。在叉形叶根的缝隙处利用楔形活动块在紧固螺母和紧固螺柱的作用下实现叶片的定位和夹紧。夹具左侧有可活动的前挡板和定位紧固用的预紧导向柱，紧固螺柱可通过工字托板下方的导向轨来回调节，楔形活动块也可通过固定板上的长条形通槽进行来回调节，从而使夹具可夹持不同尺寸的叉形叶根。

本发明具有下述优点：

(1)该装置采用绝缘法兰盘与四爪卡盘进行接触，保证了工作台的安全稳定性。

(2)该装置与叶片叉形叶根紧密贴合，可以增大接触面积，进而减小接触电阻，减少发热。。

(3)该装置的可调节性可夹持不同尺寸的具有叉形叶根的汽轮机叶片。

附图说明

图1本发明的整体装配示意图

图2本发明的叶根夹具结构示意图

图3本发明的楔形活动块结构示意图

上述图中：1-四爪卡盘；2-叶根夹具；3-叶片；4-电极夹具；201-绝缘法兰盘、202-铜片电极、203-后挡板、204-工字托板、205-固定前挡块、206-活动前挡块、207-调节螺栓、208-挡板导向柱、209-预紧弹簧、210-楔形活动块、211-紧固螺母、212-紧固螺柱、213-预紧导向柱、214-定位螺栓、215-导向滑轨、216-导向块

具体实施方法

下面结合附图对本说明作进一步描述。

使用本发明进行电场施加的方法，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装夹在叶根夹具2上，再将叶根夹具装夹在四爪卡盘1上；

(3)将电源线接线头和电极夹头4分别装夹在叶片夹具的铜片电极202处和叶尖处，并连接到电源正负极；

(4)打开电源，进行处理工作。

本发明包括实施上述电场施加方法的一种电磁场用叶片夹持装置，包括四爪卡盘1、叶根夹具2、叶片3、电极夹具4；所述四爪卡盘1装夹叶根夹具2；所述叶根夹具2装夹叶片3；所述电极夹具由电极夹头4和叶根夹具2处的铜片电极202组成，电极夹头4和叶根夹具2处的铜片电极202各自连接电源正负极，形成稳定电场；所述铜片电极202通过螺柱2021紧固在叶根夹具2上；

所述叶根夹具2包括绝缘法兰盘201、铜片电极202、后挡板203、工字托板204、固定前挡块205、活动前挡块206、调节螺栓207、挡板导向柱208、预紧弹簧209、楔形活动块210、紧固螺母211、紧固螺柱212、预紧导向柱213、定位螺栓214、导向滑轨215、导向块216；绝缘法兰盘201与后挡板203通过四枚螺栓2011相互连接；后挡板203与工字托板204同样通过四枚螺栓2031相互连接；铜片电极202通过两枚螺栓2021与工字托板204相互连接；固定前挡块205通过两枚螺栓2051与工字托板204相互连接；两枚挡板导向柱208通过工字托板204的光孔与活动前挡块206连接，活动前挡块206与两枚挡板导向柱208通过螺纹啮合；调节螺栓207穿过工字托板204上的螺纹孔顶住活动前挡块206，活动前挡块206可根据调节螺栓207的左旋右旋来回移动；两枚预紧导向柱213通过工字托板204的光孔，在两个预紧弹簧209的作用下对叶根进行夹紧。楔形活动块210在紧固螺母211与紧固螺柱212配合做用下，对叉型叶根进行向下夹紧的动作；紧固螺柱212的螺柱可相对滑动地穿过楔形活动块210上的长条形通槽；导向块216可在导向滑轨215上来回滑动，定位螺栓214对导向块216起到紧固定位的作用；紧固螺柱212通过导向滑轨215、导向块216与定位螺栓214可进行来回调节，楔形活动块210也可通过固定板2102上的长条形通槽进行来回调节,从而使夹具可夹持不同尺寸的叉形叶根；

所述楔形活动块210由固定板2102通过两枚螺栓2101与两个楔形块2103相互连接；两个楔形块2103呈对称分布；楔形块2103的宽度小于叶片3叉形叶根的间隙，楔形块2103的前端倾斜面2104和右端倾斜面2105与叶根缝隙的角落接触,楔形块2103与叶根缝隙间留有空隙；在楔形活动块210向下夹紧的过程中，对叶片4的叉形叶根实施向下、向前、向右挤压；固定前挡块205与活动前挡块206阻碍叶片3的叉形叶根向前动作，从而起到前后紧固的作用，楔形活动块210向下动作起到上下紧固的作用，楔形活动块210向对叶根造成向右动作与两枚预紧导向柱213和两个预紧弹簧209的作用下对叶根进行左右紧固的作用。

本发明在叶片夹具的铜片电极处夹持电源正极，在叶片的叶尖处夹持负极，在叶片接通电流时绝缘法兰盘能阻断电流通过四爪卡盘，从而保证工作台的安全性。叶片夹具是针对汽轮机领域普遍存在的叉形叶根进行设计的，叶片的叶根部位与夹具的工字托板紧密贴合，提高接触面积，减少接触电阻，减少发热。在叉形叶根的缝隙处利用楔形活动块在紧固螺母和紧固螺柱的作用下实现叶片的定位和夹紧。夹具左侧有可活动的前挡板和定位紧固用的预紧导向柱，紧固螺柱可通过工字托板下方的导向轨来回调节，楔形活动块也可通过固定板上的长条形通槽进行来回调节，从而使夹具可夹持不同尺寸的叉形叶根。

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。