一种激光熔覆用管内冷却循环装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种激光熔覆装置，尤其涉及一种激光熔覆用管内冷却循环装置。


背景技术：

2.激光熔覆技术在目前材料表面改性技术中应用比较广泛。激光熔覆是在基体上添加不同成分的材料，利用高能激光束辐照基体上的熔覆粉末，使熔覆粉末在基体上形成一薄层；这一薄层快速熔化并凝固成形，且基体对熔覆层稀释度极低，因此熔覆层与基体冶金结合良好，可以制备耐蚀、耐磨、耐热、抗氧化等表面保护层，显著改善金属表面的耐蚀、耐磨、耐热、抗氧化等性能。目前已在煤炭、钢铁、电力、铁路、船舶等诸多工业领域获得应用。
3.火电站锅炉中的水冷壁管是由一定数量的管子并联组编而成的蒸发受热面，主要用来吸收锅炉炉膛中高温火焰和烟气的辐射，水冷壁管将水部分变成饱和蒸汽，进而降低锅炉的炉墙温度。在使用过程中，由于锅炉炉管外表面需要承受燃料不完全燃烧时释放的硫和氯化物的腐蚀作用，以及煤粉和飞灰的冲刷磨损，经常会导致水冷壁管损坏，给锅炉的正常运行造成很大的影响。
4.激光熔覆作为一种环保、可靠的金属表面强化技术，可以用来强化水冷壁管的表面耐磨损、耐腐蚀性能，提高其使用寿命。然而，水冷壁管的口径小、壁管薄，在对水冷壁管中薄壁管类工件进行外表面激光熔覆加工时，由于薄壁管类工件的外表面产生的热量无法及时、有效地排散出去，会使薄壁管类工件快速升温，导致其内部产生较大的热应力，从而引起薄壁管类工件弯曲变形；当热量累积到一定程度时(局部温度甚至能达到600-700℃)，还有可能引起薄壁管类工件热塌陷失效。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是解决现有薄壁管类工件，在激光熔覆过程中产生的热量难以被及时、有效地排散出去，导致薄壁管类工件温升太高而造成其内部热应力过大，进而弯曲变形甚至热塌陷失效的技术问题，而提供一种激光熔覆用管内冷却循环装置，实现薄壁管类工件在激光熔覆过程中产生的热量能够被及时、有效地排散出去。
6.为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案为：
7.一种激光熔覆用管内冷却循环装置，其特殊之处在于：包括冷却循环机构；
8.冷却循环机构包括第一顶尖、第二顶尖和传输组件；
9.第一顶尖包括第一顶尖盘、第一顶尖轴、第一进水通道以及第一出水通道；
10.第一顶尖盘与第一顶尖轴同轴设置，且第一顶尖盘的一端用于安装管状工件的一端，其另一端与第一顶尖轴的一端相配合；
11.第一进水通道沿轴向设置在第一顶尖盘内；第一出水通道设置在第一顶尖轴中；第一进水通道的一端与管状工件的内部连通，其另一端与第一出水通道的一端连通；第一出水通道的另一端与传输组件连通，用于将冷却介质输出；
12.第二顶尖用于安装在管状工件的另一端，第二顶尖中沿轴向设置有第二进水通道；第二进水通道的一端与传输组件连通，其另一端与管状工件的内部连通，用于将冷却介质输入管状工件中。
13.进一步地，还包括第一轴承、第二轴承和第三轴承；
14.第一顶尖轴的一端沿轴向依次设置有一级台阶、二级台阶和三级台阶；所述第一顶尖盘的另一端由内到外依次设置有与一级台阶、二级台阶和三级台阶相对应的一级台阶孔、二级台阶孔和三级台阶孔；
15.二级台阶和三级台阶之间设置有第一轴承；第一轴承的内圈与二级台阶的环面固连，其外圈与二级台阶孔的内壁固连；
16.三级台阶和三级台阶孔之间沿轴向依次设置有第二轴承与第三轴承；第二轴承与三级台阶的环面和三级台阶孔的内壁之间为紧配合；第三轴承的内圈与三级台阶的环面固连，其外圈与三级台阶孔的内壁固连。
17.进一步地，所述第二顶尖包括依次同轴连接的第二顶尖轴和第二顶尖盘；
18.第二顶尖轴和第二顶尖盘的中部分别设置有连通的第二进水通道；第二顶尖轴与驱动机构同轴连接，第二顶尖盘用于安装在管状工件的另一端。
19.进一步地，还包括驱动机构，驱动机构用于带动第二顶尖、管状工件和第一顶尖的第一顶尖盘同步转动；
20.驱动机构包括同轴设置的主轴机箱和卡盘；卡盘一端连接主轴机箱的输出端，其另一端与第二顶尖轴同轴连接。
21.进一步地，所述传输组件包括旋转接头、进水管、通水管和出水管；
22.旋转接头的进水口与进水管的一端连接，其出水口与通水管的一端可旋转连接；
23.通水管的另一端依次穿过主轴机箱和卡盘与第二顶尖的第二进水通道连通；
24.进水管另一端用于连接取水泵；
25.出水管一端连接第一顶尖轴的第一出水通道，另一端用于连接水箱。
26.进一步地，所述第一顶尖轴为莫氏锥柄；第一轴承和第三轴承均为深沟球轴承，第二轴承为推力滚子轴承，通水管为硬质通水管。
27.进一步地，所述驱动机构还包括支撑轮，所述支撑轮套设在通水管的外部且同轴设置在主轴机箱内，用于带动通水管与主轴机箱的输出轴同步转动。
28.进一步地，所述第一顶尖还包括设置在一级台阶的环面与一级台阶孔的内壁之间的密封圈，以及套设在第一顶尖轴的外部且与第一顶尖盘端部连接的密封盖。
29.进一步地，所述第二顶尖轴和第二顶尖盘一体制成。
30.进一步地，所述传输组件还包括设置在出水管管路上的阀门。
31.与现有技术相比，本实用新型技术方案的有益效果是：
32.1、本实用新型激光熔覆用管内冷却循环装置，使冷却介质能够经过第一顶尖、第二顶尖及夹装在第一顶尖、第二顶尖之间的薄壁管类工件，经过多次循环将薄壁管类工件在激光熔覆过程中产生的热量能够被及时、有效地排散出去，能够大幅降低薄壁管类工件本身的温度，并减少其内部应力和热变形。
33.2、本实用新型激光熔覆用管内冷却循环装置，由于冷却介质的循环作用，使得薄壁管类工件的表面温度迅速降低，则薄壁管类工件始终处于冷却介质温度之下(低于100
℃)，从而避免了薄壁管类工件局部温度过高而引起热塌陷失效。
附图说明
34.图1为本实用新型激光熔覆用管内冷却循环装置的结构示意图；
35.图2为本实用新型激光熔覆用管内冷却循环装置中第一顶尖的结构示意图；
36.图3为本实用新型激光熔覆用管内冷却循环装置中第二顶尖的结构示意图。
37.附图标记为：
38.1-管状工件，2-主轴机箱，3-卡盘，4-密封盖，5-第一顶尖，51-第一顶尖盘，52-第一进水通道，53-第一出水通道，54-密封圈，55-第一顶尖轴，56-第一轴承，57-第二轴承，58-第三轴承，6-第二顶尖，61-第二进水通道，62-第二顶尖轴，63-第二顶尖盘，7-通水管，8-旋转接头，9-进水管，10-取水泵，11-水箱，12-出水管，13-阀门，14-支撑轮。
具体实施方式
39.下面将结合本实用新型的实施例和附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例并非对本实用新型的限制。
40.一种激光熔覆用管内冷却循环装置，包括冷却循环机构和驱动机构；如图1所示，冷却循环机构包括第一顶尖5、第二顶尖6和传输组件；
41.如图2所示，第一顶尖5包括第一顶尖盘51、第一顶尖轴55、第一进水通道52以及第一出水通道53；第一顶尖盘51与第一顶尖轴55同轴设置，且第一顶尖盘51的一端用于安装管状工件1的一端，其另一端与第一顶尖轴55的一端相配合；第一进水通道52沿轴向设置在第一顶尖盘51内；第一出水通道53设置在第一顶尖轴55中；第一进水通道52的一端与管状工件1的内部连通，其另一端与第一出水通道53的一端连通；第一出水通道53的另一端与传输组件连通，用于将冷却介质输出；
42.如图3所示，第二顶尖6用于安装在管状工件1的另一端，第二顶尖6包括依次同轴连接的第二顶尖轴62和第二顶尖盘63；第二顶尖轴62和第二顶尖盘63的中部分别设置有连通的第二进水通道61；第二进水通道61的一端与传输组件连通，其另一端与管状工件1的内部连通，用于将冷却介质输入管状工件1中；第二顶尖轴62与驱动机构同轴连接，第二顶尖盘63用于安装在管状工件1的另一端。
43.本实施例中还设置有第一轴承56、第二轴承57和第三轴承58；第一顶尖轴55的一端沿轴向依次设置有一级台阶、二级台阶和三级台阶；所述第一顶尖盘51的另一端由内到外依次设置有与一级台阶、二级台阶和三级台阶相对应的一级台阶孔、二级台阶孔和三级台阶孔；二级台阶和三级台阶之间设置有第一轴承56；第一轴承56的内圈与二级台阶的环面固连，其外圈与二级台阶孔的内壁固连；三级台阶和三级台阶孔之间沿轴向依次设置有第二轴承57与第三轴承58；第二轴承57与三级台阶的环面和三级台阶孔的内壁之间为紧配合；第三轴承58的内圈与三级台阶的环面固连，其外圈与三级台阶孔的内壁固连。
44.传输组件包括旋转接头8、进水管9、通水管7和出水管12；旋转接头8的进水口与进水管9的一端连接，其出水口与通水管7的一端可旋转连接；通水管7的另一端依次穿过主轴机箱2和卡盘3与第二顶尖6的第二进水通道61连通，用于将冷却介质输入管状工件1中；进水管9另一端用于连接取水泵10；出水管12一端连接第一顶尖轴55的第一出水通道53，另一
端用于连接水箱11。
45.驱动机构包括同轴设置的主轴机箱2和卡盘3；卡盘3一端连接主轴机箱2的输出端，其另一端与第二顶尖轴62同轴连接；用于带动第二顶尖6、管状工件1和第一顶尖5的第一顶尖盘51同步转动。
46.本实施例中，第一顶尖轴55为莫氏锥柄；第一轴承56和第三轴承58均为深沟球轴承，承载管状工件1的轴向热应力；第二轴承57为推力滚子轴承，承载管状工件1的径向热应力，其中通水管7为硬质通水管。在主轴机箱2的中空管内还同轴安装有支撑轮14，支撑轮14与主轴机箱2的输出轴同步转动，用于支撑通水管7，并带动通水管7同步转动。在一级台阶的环面与一级台阶孔的内壁之间的密封圈54，以及套设在第一顶尖轴55的外部且与第一顶尖盘51端部通过螺栓连接的密封盖4。在出水管12的管路上安装阀门13，用来控制冷却介质的流量；取水泵10设置在水箱11中；本实施例中的第二顶尖盘63和第二顶尖轴62一体制成。
47.上述实施例的工作过程如下：
48.薄壁管类工件的外表面在激光熔覆加工时，首先启动薄壁管类工件的管内冷却循环装置，使薄壁管类工件的内部充满冷却介质；机床的主轴机箱2带动卡盘3旋转，卡盘3依次带动第二顶尖6、管类工件和第一顶尖5同步转动；金属粉末通过送粉装置送至管类工件的表面上，直至激光器的光斑位置；将管类工件上方的激光器开启，与此同时，激光器沿管类工件的长度方向连续移动，开始熔覆。随着激光熔覆的持续进行，管类工件的温度升高，但升高的温度会迅速被循环的冷却介质带走，从而保持管类工件温度的相对稳定，避免薄壁管类工件温度过高而产生的内应力和热变形，甚至热塌陷失效。
49.以上所述仅为本实用新型的实施例，并非对本实用新型保护范围的限制，凡是利用本实用新型说明书以及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本实用新型的专利保护范围内。