一种大型环形薄壁件的局部料浆渗铝装置的制作方法

1.本实用新型涉及金属材料表面处理技术领域，具体涉及一种大型环形薄壁件的局部料浆渗铝装置。


背景技术：

2.渗铝防护层是超高温环境下使用最广泛、最成熟的涂层之一，其主要原理为通过扩散原理将活性铝扩散进合金基材，形成一定厚度的富al相渗层；高温环境下时，富al相可以生成致密的α-氧化铝，从而阻挡合金基材被进一步腐蚀，形成保护作用。目前，规模化生产中常用的渗铝方法有气相渗铝、包埋渗铝、料浆渗铝和cvd渗铝。
3.料浆渗铝是将固体渗铝剂加粘接剂调成料浆涂覆在工件表面后加热扩散渗铝。传统的料浆渗铝法采用封闭式气氛炉直接对工件进行加热渗铝。对于大型的环形薄壁件，需要采用相应的大型气氛炉，增加了渗铝成本；更为重要的是，对于镍基高温合金，其料浆渗铝的温度通常高于850℃，若将此类合金材料的薄壁件放入相匹配的大型气氛炉内直接进行加热渗铝，高温将在工件的内部产生极大的内应力，在后续的降温过程中，释放的应力将造成薄壁件的局部变形、翘曲等严重缺陷，降低产品质量。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种大型环形薄壁件的局部料浆渗铝装置，其采用局部高频感应加热的方式，在环形薄壁件局部进行高温加热，以解决现有技术中采用封闭式气氛炉直接加热渗铝大型环形薄壁件时，薄壁件在加热过程中产生的内应力容易在降温过程中导致薄壁件局部变形、翘曲等严重缺陷的问题。
5.本实用新型通过下述技术方案实现：
6.一种大型环形薄壁件的局部料浆渗铝装置，包括旋转台和升降机构，所述旋转台用于驱动环形薄壁件旋转，所述升降机构上连接有搭载件，所述搭载件上设置有至少一根感应线圈，所述感应线圈用于在升降机构的驱动下朝向所述环形薄壁件移动并加热环形薄壁件。
7.与现有技术的封闭式整体加热不同，本技术方案中，料浆渗铝装置采用开放式局部加热导电渗层。
8.具体地，局部料浆渗铝装置主要包括旋转台和升降机构两部分。其中，旋转台用于放置待加工的环形薄壁件，并驱动环形薄壁件在升降机构的搭载件下方绕薄壁件自身的轴线转动。升降机构用于安装搭载件，并通过驱动搭载件进而驱动感应线圈朝向或背向旋转台上的薄壁件移动。
9.当搭载件移动至预设位置时，搭载件上安装的一根或多根感应线圈位于薄壁件的导电渗层上方。感应线圈利用电磁感应加热的原理对工件进行加热，通过在材料的内部形成电流，依靠电源提供的交变电流通过工件形成交变磁场进而使工件产生涡流进行加热。本技术方案采用现有的感应线圈及配套设备实现感应线圈的加热，在此不再赘述。
10.工作时，将环状薄壁件固定于旋转台上，并在环状薄壁件表面涂覆导电渗层；随后，根据环状薄壁件的具体结构调整搭载件上感应线圈的数量、尺寸、布置方式，调整完毕后，感应线圈通电，并利用升降机构将感应线圈移动至导电渗层表面进行加热；感应线圈下方的薄壁件区域加热完毕后，驱动旋转台旋转一定的角度以将未加热的区域移动至感应线圈下方继续加热，重复上述步骤直至环形薄壁件旋转完至少一周后，表面所有区域均匀加热。
11.本技术方案针对大型环形薄壁件设计的局部料浆渗铝装置采用开放式局部加热的方式加热薄壁件，在用于不同尺寸的环形薄壁件时，无需采用相匹配的大型封闭式气氛炉，仅需调整搭载件上的感应线圈尺寸、数量、布置方式即可，操作灵活、加工成本低、普适性强；不仅如此，局部加热允许工作人员根据环形薄壁件表面的应力变化、受热变化快速调整加热位置，确保环形薄壁件各处的受热、应力均匀，显著地减少内应力产生，有效地提高了薄壁件的渗铝质量。
12.作为本实用新型中升降机构的一种优选实施方式，所述升降机构包括液压缸，所述液压缸的输出端通过悬臂连接搭载件。本技术方案中，升降机构采用液压缸驱动，液压缸的活塞杆在油泵的驱动下竖直上下移动，驱动悬臂上下移动，从而带动搭载件朝向或背向旋转台移动。
13.进一步地，所述悬臂上连接有固定板，所述搭载件可拆卸地连接在所述固定板上。所述悬臂上连接的固定板用于安装搭载件，搭载件可拆卸地安装于固定板上，以便于根据薄壁件尺寸更换不同规格的搭载件，并调整搭载件上的感应线圈。
14.作为本实用新型中搭载件的优选结构，所述搭载件的下表面上设置有凸台。所述凸台使得搭载件下表面安装的感应线圈能够形成高低错落分布，即凸台上安装的感应线圈相较于未设置于凸台上的感应线圈能够更早地接近薄壁件。
15.凸台的设计主要针对具有凹槽的环形薄壁件。对于部分环形薄壁件，例如发动机导向器外环，其表面有连续的安装凹槽，深度可达5～15cm，传统的封闭加热难以保证这类凹槽受热均匀，从而可能产生凹槽渗铝深度不足或漏渗的问题，这些在零件工作时可能会成为零件腐蚀的源头，大大降低零件的工作寿命。为此，通过设置凸台，可以将感应线圈深入到薄壁件的凹槽内部进行局部准确加热，以进一步提高渗层加热效果，确保薄壁件各处均匀受热。
16.进一步地，所述搭载件的下表面和/或凸台上设置有安装槽，所述安装槽用于安装所述感应线圈。所述安装槽根据搭载件不同的规格，可以仅设置于搭载件的下表面上，也可以仅设置于搭载件的凸台上，还可以同时设置于下表面和凸台上。所述安装槽可以通过螺纹连接将感应线圈固定在其中，也可以通过紧固件固定感应线圈。在部分实施例中，所述安装槽内还设置有卡接件例如抱箍，所述卡接件与感应线圈的尺寸相匹配，以稳固地夹持所述感应线圈。
17.进一步地，所述感应线圈为弧形结构。本技术方案中，感应线圈为弧形的条状结构，以便于感应线圈更好地贴合薄壁件的弧形凹槽。
18.进一步地，所述感应线圈的圆心角为90～270
°
。优选地，所述感应线圈的圆心角为90
°
。
19.作为本实用新型的一种优选实施方式，还包括氩气源，所述氩气源连接有喷嘴，所
述喷嘴用于向所述感应线圈加热的区域通入氩气。氩气源能够通过喷嘴向薄壁件表面的导电渗层通入氩气，从而获得局部惰性气氛，降低氧化，提高工件渗铝质量。同时，由于氩气较空气更重，能够更好地在渗层表面形成气膜。
20.进一步地，所述氩气源和喷嘴之间还设置有加热炉，所述加热炉用于加热所述氩气。加热炉用于加热氩气以使得从喷嘴喷出的氩气具有较高的温度，例如850～900℃，以避免通入的氩气降低导电渗层的温度。
21.进一步地，还包括驱动电机，所述驱动电机的输出端连接有旋转台。优选地，所述驱动电机可以是步进电机或伺服电机。
22.本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
23.1、本实用新型采用开放式局部加热的方式加热薄壁件，在用于不同尺寸的环形薄壁件时，无需采用相匹配的大型封闭式气氛炉，仅需调整搭载件上的感应线圈尺寸、数量、布置方式即可，操作灵活、加工成本低、普适性强；
24.2、本实用新型的局部加热允许工作人员根据环形薄壁件表面的应力变化、受热变化快速调整加热位置，确保环形薄壁件各处的受热、应力均匀，显著地减少内应力产生，有效地提高了薄壁件的渗铝质量，适合大型环形薄壁件的局部渗铝、局部渗铝修补；
25.3、本实用新型通过在搭载件上设置凸台，能够使感应线圈形成高低错落分布，有利于将感应线圈深入到薄壁件的凹槽内部进行局部准确加热，适应于带有凹槽的薄壁件的均匀加热。
26.4、本实用新型在薄壁件加热过程中利用氩气源和加热炉持续向薄壁件通入氩气，利用氩气的自重在渗层表面形成局部惰性气氛，降低氧化，提高工件渗铝质量。
附图说明
27.此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：
28.图1为发动机导向器外环一类的大型环形薄壁件的俯视示意图；
29.图2为本实用新型具体实施例中料浆渗铝装置的结构示意图；
30.图3为本实用新型具体实施例中用于搭载感应线圈的搭载件的仰视示意图；
31.图4为本实用新型具体实施例中氩气源向薄壁件表面通入氩气形成局部惰性气氛环境的示意图；
32.图5为本实用新型具体实施例中圆心角为90
°
的弧形感应线圈加热带有凹槽的薄壁件的示意图；
33.图6为本实用新型具体实施例中圆心角为180
°
的弧形感应线圈加热带有凹槽的薄壁件的示意图。
34.附图中标记及对应的零部件名称：
35.1-旋转台，2-驱动电机，3-液压缸，4-活塞杆，5-悬臂，6-固定板，7-搭载件，71-凸台，72-感应线圈，73-安装槽，8-加热炉，9-氩气源，10-喷嘴，11-导电渗层，12-环形薄壁件，13-凹槽。
具体实施方式
36.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。
37.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
38.实施例1：
39.如图2至图4所示的一种大型环形薄壁件的局部料浆渗铝装置，包括旋转台1和升降机构，所述旋转台1用于驱动环形薄壁件12旋转，所述升降机构上连接有搭载件7，所述搭载件7上设置有至少一根感应线圈72，所述感应线圈72用于在升降机构的驱动下朝向所述环形薄壁件12移动并加热环形薄壁件12。
40.工作时，将如图1所示的环状薄壁件固定于旋转台上，并在环状薄壁件表面涂覆导电渗层；随后，根据环状薄壁件的具体结构调整搭载件上感应线圈的数量、尺寸、布置方式，调整完毕后，感应线圈通电，并利用升降机构将感应线圈移动至导电渗层表面进行加热；感应线圈下方的薄壁件区域加热完毕后，如图5和图6所示，驱动旋转台旋转一定的角度以将未加热的区域移动至感应线圈下方继续加热，重复上述步骤直至环形薄壁件旋转完至少一周后，表面所有区域均匀加热。
41.在部分实施例中，如图2所示，所述升降机构包括液压缸3，所述液压缸3的输出端通过悬臂5连接搭载件7。在一个或多个实施例中，所述悬臂的长度可调，通过调整悬臂的长度能够改变感应线圈在水平面上的位置，更好地将感应线圈移动至指定位置。
42.在一个或多个实施例中，所述悬臂5上连接有固定板6，所述搭载件7可拆卸地连接在所述固定板6上。在部分实施例中，所述搭载件与固定板通过紧固件连接，在一个实施例中，所述搭载件、固定板上设置有螺孔，通过螺母连接螺孔实现搭载件和固定板的紧固件连接。在部分实施例中，所述搭载件与固定板还可以通过卡接的方式连接。
43.在部分实施例中，渗铝装置还包括驱动电机2，所述驱动电机2的输出端连接有旋转台1。
44.实施例2：
45.在实施例1的基础上，如图2和图3所示，所述搭载件7的下表面上设置有凸台71。通过设置凸台，可以将感应线圈深入到薄壁件的凹槽内部进行局部准确加热，以进一步提高渗层加热效果，确保薄壁件各处均匀受热。
46.在一个或多个实施例中，所述凸台可拆卸地安装于搭载件上，以便于根据实际需求调整凸台的位置和数量。
47.在部分实施例中，所述搭载件7的下表面和/或凸台71上设置有安装槽73，所述安装槽73用于安装所述感应线圈72。
48.在部分实施例中，所述感应线圈72为弧形结构。
49.在部分实施例中，所述感应线圈72的圆心角为90～270
°
，优选地，如图5和图6所
示，所述感应线圈72的圆心角为90
°
或180
°
。
50.实施例3：
51.在上述实施例的基础上，如图4所示的一种大型环形薄壁件的局部料浆渗铝装置，还包括氩气源9，所述氩气源9连接有喷嘴10，所述喷嘴10用于向所述感应线圈72加热的区域通入氩气。
52.氩气源能够通过喷嘴向薄壁件表面的导电渗层通入氩气，从而获得局部惰性气氛，降低氧化，提高工件渗铝质量。同时，由于氩气较空气更重，能够更好地在渗层表面形成气膜。
53.在一个或多个实施例中，所述氩气源9和喷嘴10之间还设置有加热炉8，所述加热炉8用于加热所述氩气。加热炉用于加热氩气以使得从喷嘴喷出的氩气具有较高的温度，例如850～900℃，以避免通入的氩气降低导电渗层的温度。
54.本文中所使用的“第一”、“第二”等只是为了描述清楚起见而对相应部件进行区别，不旨在限制任何次序或者强调重要性等。此外，在本文中使用的术语“连接”在不进行特别说明的情况下，可以是直接相连，也可以使经由其他部件间接相连。
55.以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、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，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。