用于湿法水下激光在线维修的多层同轴粉料输送装置的制作方法

本发明属于材料加工技术领域，具体涉及一种用于湿法水下激光在线维修技术的多层同轴送粉装置。

背景技术：

受损零件的在线修复一直是人们孜孜追求的一种维修方式，这种维修方式要求对零件的原位不拆解维修，因此，维修的实施将面临零件的具体服役环境，其中，最具挑战性的就是水环境下的零件在线维修。目前，国内外已经发展出多种水下在线维修技术，其中最具代表性的是水下焊接技术，该技术采用特殊的焊接耗材直接在水环境中在进行焊接维修，其效果良好，然而随着水环境的加深，此种技术的适应性就变得越来越差，为此人们引进了其它的水下在线维修技术。局部干法激光维修技术就是其中最典型的水下维修新技术，然而，局部干法激光焊接采用的局部干燥环境的营造并不简单，并且随着水压越来越大其可行性也变得越来越低。

直接在水环境下的激光维修技术可以很好地避免这些问题，并且可以适应深水环境下的在线维修，但是，目前该技术的发展才刚刚起步，其相应的配套设施发展并不完善，其中维修过程中的原料输送就面临着非常大的困难。在空气环境中，可以采用惰性气体吹送粉材的方式解决激光加工过程的送料问题，也可以采取同步输送丝材的方式来完成此过程。但是在水环境中要面临强大的静水压力，采用惰性气体吹送粉材是不可能的，考虑到现有的技术手段，则只能采取送丝的方式来完成激光加工过程的送料问题。然而，采用丝材输送的方式并不能发挥在线维修的灵活性，不能根据不同材料的不同要求方便的改变成分配比。根据不同要求灵活的改变材料成分正是粉材所具备的优势之一，为此，想要发挥出水下在线维修技术的灵活性，有效的水下粉材输送装置的开发是必要的。

有研究表明，采用单一的金属粉体材料作为水下激光修复耗材所制备出的修复层成形质量较差，采用保护药皮覆盖金属粉末层的送料方式制备出的修复层质量有较大幅度的改善，采用呈梯度的多层耗材的送料方式制备出的修复层质量有了更大幅度的提升。综合来看，简单的送料装置并不能满足水下在线维修的需求，开发一种专用送粉装置对于水下在线激光维修技术的发展具有重要的促进作用。

技术实现要素：

本发明针对湿法水下激光在线维修技术的耗材送给需求，解决现有激光在线维修送料设备难以直接置于水下，熔覆效率较低的问题，而提供一种新型的用于湿法水下激光在线维修的多层同轴粉料输送装置。

本发明用于湿法水下激光在线维修的多层同轴粉料输送装置防水壳体、输送管组件、料斗盒、电机齿轮盒、搅拌装置和多层同轴输送头，输送管组件包括2根水平间隔设置的输送管，2根输送管的一端均分别与电机齿轮盒相通，2根输送管的另一端相交并延伸形成输出管段，输出管段的管端开有多个出料口，2根输送管之间通过支管相连通，在每根输送管内设置有螺旋输送杆，每根螺旋输送杆伸入电机齿轮盒的一端均设置有从动轮，2根螺旋输送杆上的从动轮相互啮合，在电机齿轮盒中设置有第一电机，在第一电机的转轴上设置有主动轮，该主动轮与一根螺旋输送杆上的从动轮相互啮合，在电机齿轮盒的上方设置有料斗盒，在料斗盒中设置有搅拌装置，料斗盒的下部呈漏斗形，料斗盒的下料口通过连接管与输送管组件中的支管相连通，料斗盒、输送管组件和电机齿轮盒形成粉料输送组件，在防水壳体内放置有多个粉料输送组件，输送管组件中的输出管段的出料口从防水壳体的侧壁伸出；

其中多层同轴输送头为半圆盘，在半圆盘的一侧盘面开有多条同轴圆弧槽，在半圆盘的另一侧盘面开有多个圆口，每个圆口均与圆弧槽相通，金属软管的一端与输出管段的出料口相连，金属软管的另一端与多层同轴输送头中的一个圆口相连。

本发明用于湿法水下激光在线维修的多层同轴粉料输送装置能够根据不同的维修需求更换相应的配件，使用方便，结构简单，成本低廉，且使用寿命长，能有效解决现有湿法水下激光维修技术设备不配套的问题。

本发明所述的用于湿法水下激光在线维修的多层同轴粉料输送装置包含以下优点与效益：

1、本发明采用机械输送的方式，并且带有搅拌功能，在输送口端部采用了单向流通阀，避免了水环境下的液体回流问题；

2、本发明采用了伺服电机驱动的螺旋输送装置，可通过控制电机的转速来控制粉料的输送量；

3、本发明采用往复式双路送粉宽管，保证了送粉的连续性；

4、本发明用于湿法水下激光在线维修的多层同轴粉料输送装置能够直接在水下工作，采用的多层同轴输送头，针对水下环境中的激光修复过程，实现了多层耗材的送料，从而有效解决了单层材料成形质量不佳的问题；

5、本发明采用的可挠性金属软管连接方式一方面解决了高静水压力下塑料软管易变形的问题，另一方面为水下激光加工过程的柔性需求提供了一定的保障，本发明的用于湿法水下激光在线维修的多层同轴粉料输送装置可适用于水下300m以下，熔覆效率高，可以与空气中的熔覆速度相当，达到0.1～0.2平方米每小时。

附图说明

图1为本发明用于湿法水下激光在线维修的多层同轴粉料输送装置的整体结构示意图；

图2为粉料输送组件的结构示意图；

图3为具体实施方式七所述的搅拌装置的结构示意图；

图4为螺旋输送杆的结构示意图；

图5为具体实施方式二所述的输送管内部的结构示意图；

图6为多层同轴输送头的正面结构示意图；

图7为多层同轴输送头的背面结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式用于湿法水下激光在线维修的多层同轴粉料输送装置防水壳体1、输送管组件2、料斗盒3、电机齿轮盒4、搅拌装置5和多层同轴输送头12，输送管组件2包括2根水平间隔设置的输送管2-1，2根输送管2-1的一端均分别与电机齿轮盒4相通，2根输送管2-1的另一端相交并延伸形成输出管段2-2，输出管段2-2的管端开有多个出料口，2根输送管2-1之间通过支管2-3相连通，在每根输送管2-1内设置有螺旋输送杆8，每根螺旋输送杆8伸入电机齿轮盒4的一端均设置有从动轮13，2根螺旋输送杆8上的从动轮13相互啮合，在电机齿轮盒4中设置有第一电机9，在第一电机9的转轴上设置有主动轮10，该主动轮10与一根螺旋输送杆8上的从动轮13相互啮合，在电机齿轮盒4的上方设置有料斗盒3，在料斗盒3中设置有搅拌装置5，料斗盒3的下部呈漏斗形，料斗盒3的下料口通过连接管6与输送管组件2中的支管2-3相连通，料斗盒3、输送管组件2和电机齿轮盒4形成粉料输送组件，在防水壳体1内放置有多个粉料输送组件，输送管组件2中的输出管段2-2的出料口从防水壳体1的侧壁伸出；

其中多层同轴输送头12为半圆盘，在半圆盘的一侧盘面开有多条同轴圆弧槽12-1，在半圆盘的另一侧盘面开有多个圆口12-2，每个圆口12-2均与圆弧槽12-1相通，金属软管的一端与输出管段2-2的出料口相连，金属软管的另一端与多层同轴输送头12中的一个圆口12-2相连。

本实施方式用于湿法水下激光在线维修技术的多层同轴送粉装置，其主要包括送料主体和输送头，两者采用可挠性金属软管连接；

所述送料主体包括防水壳体、输送管组件和料斗盒，其中料斗之间可采用金属横梁连接，料斗主体通过三角支撑结构与壳体连接，以保证料斗的稳定性，防止送料过程中的抖动和共振。

本实施方式封闭型料斗带有机械搅拌功能，其作用是保证输送过程中粉料的均匀，搅拌装置设于料斗盖上，由伺服电机驱动，盖子与料斗连接位置设有防水电接触点以供伺服电机的电力驱动需求；

所述输送管组件具备机械输送功能，采用螺旋输送杆内置于输送管，螺旋杆外沿与输送管紧密贴合，形成局部密封空间以防止输送过程中漏料，所述每套输送管组件都有两根输送管组成，可以完成往复式送粉；

所述螺旋输送杆由往复式伺服电机驱动，置于两根输送管内的螺旋杆旋转方向始终处于相反状态，便于送粉器连续不间断送粉；

所述输出管段的端部设有多个小孔以连接金属软管，电机齿轮盒内安装有可控转速的伺服电机，控制螺旋杆的转速以控制粉料的输送量；

所述多层同轴输送头由同轴锥管组成，头部截面为同心圆的小割圆部分，且设有单向流通阀，可根据不同加工需求更换不同尺寸的输送头。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是沿输送管2-1的轴向在输送管2-1的内壁上开有长条槽2-4，在螺旋输送杆8的连续螺旋浆片之间的窝槽内设置有至少一个定轨滑块11，定轨滑块11的顶端面上设置有与长条槽2-4配合的凸起，定轨滑块11随着螺旋输送杆8的转动沿着输送管2-1的轴向作前后往复运动。

本实施方式定轨滑块11的截面为扇形，扇形的圆心角大于180°。本实施方式定轨滑块的尺寸与螺旋杆形成互补，当螺旋杆转动时该滑块会随着转动方向来回运动，以促进管内粉料的前进，防止粉料在管内的拥堵。

本实施方式定轨滑块的结构如图4和5所示，所述定轨滑块上的凸起嵌入输送管壁的长条槽中，该定轨滑块不随螺旋杆的转动而转动，而是随着螺旋杆的转动沿着输送管的输送方向进行纵向移动，并且随着螺旋杆的往复旋转该定轨滑块完成由前到后和由后到前的往复运动，以保证送料的持续进行。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是防水壳体1的材质为镀铜的不锈钢材料。

本实施方式采用镀铜的不锈钢材料能够保证装置在水环境下的防腐蚀和抗压特性。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是在输送管2-1的内管壁和螺旋输送杆8的连续螺旋浆片的表面涂覆或镀有耐磨涂层。

本实施方式所述的耐磨涂层为钴基复合涂层。

本实施方式通过耐磨涂层防止送料过程中因摩擦而造成的杂质引入，同时保证输送效率。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是料斗盒3与连接管6通过螺纹连接。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是料斗盒3的顶部设置有密封盖3-1。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六不同的是所述的搅拌装置5由驱动电机5-1、搅拌杆5-2和搅拌棒5-3组成，驱动电机5-1置于密封盖3-1上并罩在外壳内，搅拌杆5-2位于密封盖3-1的底面中心处，搅拌杆5-2由驱动电机5-1驱动旋转，沿搅拌杆5-2的轴向设置有多层搅拌棒5-3。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是在金属软管中设置有单向流通阀。

本实施方式通过单向流通阀防止在水下环境中的液体回流。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是在防水壳体1内放置有3～5个粉料输送组件。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是将多层同轴输送头12安装在激光加工枪头的头部。

实施例：本实施例用于湿法水下激光在线维修的多层同轴粉料输送装置防水壳体1、输送管组件2、料斗盒3、电机齿轮盒4、搅拌装置5和多层同轴输送头12，输送管组件2包括2根水平间隔设置的输送管2-1，2根输送管2-1的一端均分别与电机齿轮盒4相通，2根输送管2-1的另一端相交并延伸形成输出管段2-2，输出管段2-2的管端开有多个出料口，2根输送管2-1之间通过支管2-3相连通，在每根输送管2-1内设置有螺旋输送杆8，每根螺旋输送杆8伸入电机齿轮盒4的一端均设置有从动轮13，2根螺旋输送杆8上的从动轮13相互啮合，在电机齿轮盒4中设置有第一电机9，在第一电机9的转轴上设置有主动轮10，该主动轮10与一根螺旋输送杆8上的从动轮13相互啮合，在电机齿轮盒4的上方设置有料斗盒3，在料斗盒3中设置有搅拌装置5，料斗盒3的下部呈漏斗形，料斗盒3的下料口通过连接管6与输送管组件2中的支管2-3相连通，料斗盒3、输送管组件2和电机齿轮盒4形成粉料输送组件，在防水壳体1内放置有多个粉料输送组件，输送管组件2中的输出管段2-2的出料口从防水壳体1的侧壁伸出；

其中多层同轴输送头12为半圆盘，在半圆盘的一侧盘面开有多条同轴圆弧槽12-1，在半圆盘的另一侧盘面开有多个圆口12-2，每个圆口12-2均与圆弧槽12-1相通，金属软管的一端与输出管段2-2的出料口相连，金属软管的另一端与多层同轴输送头12中的一个圆口12-2相连。

本实施例所述的防水壳体可安装在各种位置，如装配在自动机械手臂的主旋转轴一侧，随机运动，通过可挠性金属软管将送粉装置主体与输送头相连接，输送头安装在激光加工枪头的头部。本实施例的送粉装置还可以单独装配，不随机器人一起运动，送料装置与输送头之间用可挠性金属软管连接。

本实施方式料斗盒3的顶部设置有密封盖3-1，搅拌装置5由驱动电机5-1、搅拌杆5-2和搅拌棒5-3组成，驱动电机5-1置于密封盖3-1上并罩在外壳内，搅拌杆5-2位于密封盖3-1的底面中心处，搅拌杆5-2由驱动电机5-1驱动旋转，沿搅拌杆5-2的轴向设置有多层搅拌棒5-3。

本实施例应用用于湿法水下激光在线维修的多层同轴粉料输送装置进行粉料输送过程如下：

混料：根据不同零件的材料需求准备好所需粉末材料，按照所需成分严格配比，采用适量的防水溶剂(环氧树脂)将粉料混合均匀，设计好各粉料的输送位置将其分别置于各料斗中；

随机搅拌：打开料斗盖上的搅拌棒进行随机搅拌，该伺服电机受激光维修系统控制柜控制可通过整机控制面板控制其转速；

输送和修复过程：送粉器随同激光维修系统进入水下，通过整机控制柜控制输送伺服电机的运转，置于料斗中的粉料通过螺旋输送管输送至输送管的端部，输送管端部设有多个小孔用于连接输送头，粉料通过可挠性金属软管输送至激光加工头，该过程中所采用的粉料为防水有机胶混合的浆状材料，输送至加工位置的粉料为外层药皮+内层粉料的双层或多层结构，当激光作用在该粉体材料时，首先形成由药皮产生的保护气体用以防止水的侵入，紧接着粉体材料在激光的作用下熔化进而熔覆在工件的表面，达成修复的效果，从而完成水下激光在线维修过程；

使用后的清理：待修复过程完毕采用有机清洗剂进行清理，待料斗和输送管内粉料清理干净后进行通风烘干，以备下次使用。