一种针对大型阀门的斜锥台型阀板密封面的激光熔覆装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属于半导体激光器激光熔覆领域，更具体地，涉及一种大型阀门的斜锥台 型阀板密封面的激光熔覆。
【背景技术】
[0002] 栗阀产业是我国装备制造业的重要部分，尤其是温州传统特色主导产业，发展栗 阀产业对于促进温州工业经济的发展，提升我国装备制造水平，促进行业经济和区域经济 发展等具有重要意义。
[0003] 1、栗阀产业是我国制造业重要基础产业
[0004] 近年来，仅温州的栗阀产业达到年产300亿元，并以25 %速度增长，是国内规模最 大、产量最高、规格最全、企业最为集中的栗阀生产基地，栗阀产品为国家大型工程项目和 重点企业进行配套。但是栗阀行业急需技术更新，和进口高端阀门相比，栗阀质量普遍不高 便是其中最重要的一个原因，成为行业发展中的瓶颈。如何改变栗阀表面性能及各方面综 合性能是栗阀行业现在急需解决的难题。
[0005] 2、栗阀密封面传统表面强化工艺面临挑战
[0006] 各种栗类和阀类的易磨损、易腐蚀面，如栗轴、栗壳、轴承、阀座、阀板和阀杆等部 位，必须确保密封质量。栗阀行业中，平面类工件主要有阀盖、阀板和少数阀体。阀盖是承压 部件，闸板是控压部件，一旦破损，它们所阻截的流体就会被释放出来。因此，在规定的介质 温度和压力环境中，两者需要具有优秀的力学性能和冷热加工工艺。表面强化技术作为栗 阀行业中必不可少的技术，加强阀板和阀盖的耐腐蚀性、耐磨性和机械性能，从而达到延长 整体栗阀寿命的要求。
[0007] 栗阀密封面的传统处理方法是采用等离子喷涂、火焰喷涂、电弧焊接等，存在表面 结合强度低、涂层不均匀、喷涂噪音大、污染环境等问题。阀门密封面的超音速喷涂逐渐在 阀门行业中采用较多，但是超音速喷涂设备昂贵，表面涂层较薄，机器运行噪音较大。
[0008] 近年来，半导体激光器在熔覆方面的工业应用拥有巨大优势，与常用的C02气体激 光器相比，体积小，电光转换效率高达60%以上，易于安装，基本免维护。此外，高功率半导 体激光器可以和机械手臂配合作业，在某些工业应用上，它有着其它激光器无可比拟的竞 争力。
[0009] 3、特殊阀板结构分析
[0010]由图1中可以看出阀板并非正圆板，其边缘是斜锥台的面。从侧视图中的虚线区 域，我们可以看到，阀板的边缘实际上是圆锥的一部份，我们称之为斜锥台。图中，定义垂直 于阀板表面的方向为阀板平面法线方向，锥台的中心轴与法线方向成一定角度，阀板加工 中心线与法线有一定距离。另外，阀板工作孔中心线为其在阀门中工作时的轴线。
[0011]我们可以知道，在对阀板的边缘进行熔覆时，由于其边缘的非对称结构，需要采用 特殊的方法。目前使用的熔覆技术将阀板视为普通圆柱面，存在以下几个问题：（1)使用普 通夹具时，阀板边缘并不会完全水平，导致粉末不能正常堆积在阀板上，影响熔覆的质量； (2) 在工作台旋转的过程中，普通圆柱面能很好的保持位置的稳定，而锥台面会产生一定 的位移，结果导致激光光束偏移熔覆区域，使阀板边缘形成部分熔覆，部分未熔覆的情况； (3) 由于阀板熔覆面的锥台形状，其边缘的不同区域厚度不一样，如果使用矩形光斑熔覆， 激光光束的中心偏移到较薄的区域，则会使该区域烧毁。
【发明内容】
[0012] 本发明主要针对产量最大的阀板外圆密封面的激光熔覆，提高耐磨性，高功率半 导体激光表面强化专用系统主要利用同步送粉和熔覆强化的方式，采用铁基、镍基、钴基等 粉末合金对加工部件进行表面强化以及激光熔覆过程中烧损阀板外圆边缘。
[0013] 为实现上述目的，本发明提供了一种针对包括斜锥台型阀板的激光熔覆专用夹 具，其特征在于，所述夹具包括侧壁和底面，侧壁为圆筒形，所述底面为椭圆，所述底面与所 述侧壁呈一定角度，所述角度等于所述阀板斜锥台型中心轴与所述阀板平面法线之间的夹 角。
[0014]优选地，所述底面上具有一个或多个固定孔，用于将夹具固定在激光熔覆装置中。
[0015] 本发明的另一目的在于提供一种针对包括斜锥台型阀板的半导体激光熔覆装置， 其特征在于，其包括上述的专用夹具。
[0016] 本发明的另一目的在于提供一种针对包括斜锥台型阀板的半导体激光熔覆方法， 其特征在于，该方法采用了如上述的激光熔覆装置，该方法包括以下步骤：
[0017] (1)阀板正确放置在夹具上，使阀板斜锥台型中心轴与夹具底面中心孔的中心线 在同一直线上；
[0018] (2)调节所述激光熔覆装置中可倾回转工作台的仰角，使其角度等于所述斜锥台 型母线与所述斜锥台型中心轴的角度，使所述母线始终在同一水平线上；
[0019] (3)熔覆过程开始，所述激光熔覆装置采用梯形分布功率密度光束，所述激光熔覆 装置中的5轴A/X联动数控组合工作台的A轴与X轴联动，所述阀板转动的同时在平移，达到 使所述斜锥台型的整个锥台面得到熔覆。
[0020] 通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，具备以下有益效果：
[0021] (1)本发明采用半导体激光器，其优点有能量密度分布均匀、功率实时可控性好、 设备结构紧凑、能量转换效率高、易于光纤传输。同五轴机器人配合起来，容易实现任意曲 面柔性加工，提高栗阀密封面质量、优化生产环境的重要技术，能显著改善工件的耐磨性、 耐蚀性和耐热性；
[0022] (2)采用专用夹具，对于锥台型阀板的熔覆，熔覆面水平，粉料堆积更均匀，整个锥 台斜面都能有效熔覆，熔覆更均匀。
[0023] (3)为了防止激光熔覆烧损外圆边缘，对半导体激光器光斑做特殊光输处理，获得 梯形分布功率密度光束，确保外圆不被烧损。
【附图说明】
[0024] 图1是本发明特殊阀板的结构图，其中（a)为该种阀板的主视图；（b)为阀板的侧视 图；
[0025] 图2是本发明阀板半导体激光熔覆系统；
[0026] 图3是本发明针对特殊阀板斜锥台面的激光熔覆专用夹具，其中（a)为从B方向观 看夹具的附图；（b)为夹具的侧视图以及阀板在骑上摆放的位置；（c)为从A向观看夹具的视 图；
[0027] 图4是本发明专用夹具在回转工作台的工作示意图。
【具体实施方式】
[0028] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。
[0029] 本发明中的特殊阀板是指【背景技术】中的特殊阀板，即阀板并非正圆板，其边缘是 斜锥台的面。
[0030] 本发明专利栗阀表面高功率半导体激光改性，指采用激光熔覆技术为选定工件面 涂覆一层合金粉末，以强化工件表面耐磨耐腐蚀等物理化学性能的工艺。对于栗阀行业中 栗阀的栗轴、栗壳、轴承、阀座、阀板和阀杆等部位工件来说，激光熔覆的作用就是将栗阀的 易损部位进行局部强化，使用寿命大幅度提高。本专利设计的专用装置目的非常明确，就是 解决栗阀行业重要部件阀板的熔覆装置及工艺难题。
[0031] 1、阀板半导体激光熔覆系统整体设计
[0032] 在高功率激光栗阀表面处理过程中，激光束与物体表面作相对运动。高功率半导 体激光栗阀表面改性专用设备系统集成，要求光斑尺寸可调、功率或能量可调。激光加工系 统由3KW高功率半导体激光器、全封闭双温冷水机组、电源部分、机床主辅机和五轴数控系 统等组成。
[0033] 如图2所示，阀板半导体激光熔覆系统整体设计
[0034]其中20-激光熔覆送