一种深水激光增材压力环境模拟实验装置的制作方法

：本技术涉及一种深水激光增材压力环境模拟实验装置。

背景技术

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背景技术：

1、随着科学技术的进步，人类探索海洋的进程已从近海全面走向深海，特别是21世纪以来，人类在深海的活动愈演愈烈，如深海油气开采，大范围长周期深海环境观测等，由于这些活动所需深海工程结构受海洋压力及腐蚀等因素的影响，因此需要一种水下激光增材修复技术来降低维护成本，并同时提高使用寿命。

2、为了使激光增材修复技术更加成熟，往往需要设置模拟实验装置来进行技术层面的改进，以能适用于实际应用场景，而现有的模拟实验装置将激光熔覆头安装在压力环境下，进行特殊耐压结构设计，密封性较差，从而增加了模拟实验成本和模拟实验周期，并且实际操作步骤繁琐、试验参数类型较多，自动化程度低，实验稳定性得不到保障。

技术实现思路

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技术实现要素：

1、本实用新型实施例提供了一种深水激光增材压力环境模拟实验装置，结构设计合理，基于多个功能组件的相互配合作用，可进行同轴送粉方式的激光熔覆实验，不需要进行设计复杂的耐压结构，简化实际操作步骤，在外部就可进行焦距的调节和原位同轴实时观测，模拟水下高压环境，能够实现激光增材技术的自动化实验，只需获取较少类型的实验参数即可提供实验依据，缩短实验周期、降低实验成本，解决了现有技术中存在的问题。

2、本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

3、一种深水激光增材压力环境模拟实验装置，包括压力罐、水箱和控制器，所述压力罐为模拟水下压力环境的载体，可控制工件在三个维度上进行协同运动，所述控制器用于进行自动联动工作并对送粉量、激光功率、熔覆路径、离焦量进行精确控制；在压力罐上设有气体控制组件、激光熔覆组件和高压送粉器，所述气体控制组件用于精准控制保护气、送粉气的压力和流量并对压力参数和流量参数进行实时记录，所述激光熔覆组件用于激光的产生、传导、整流和聚焦，所述高压送粉器用于连续稳定输送粉末状材料；在水箱上设有压力控制泵组，所述压力控制泵组用于模拟水下高压环境。

4、在压力罐内安装有三轴移动工作台、水下照明灯和水下摄像机。

5、所述激光熔覆组件包括安装在压力罐端盖上端的激光熔覆头，所述激光熔覆头用于进行激光光束的聚焦，在激光熔覆头下面安装有耐压镜片，所述耐压镜片采用蓝宝石材质表面镀膜，以减小镜片厚度和激光的能量损失；在耐压镜片内侧连接有送粉头和排气罩，以用于同轴激光熔覆材料的输送和局部无水环境的形成，在压力罐端盖上安装有放气阀，所述放气阀用于在压力罐注水时进行排气；所述激光熔覆组件还包括激光器、水冷机和光纤，所述激光器用于产生激光，所述水冷机用于对激光器进行散热，所述光纤用于进行激光的远程传导，在激光熔覆头上安装有同轴高速摄像机，以进行实时监测和光谱分析。

6、所述气体控制组件包括相配合设置的第一氩气气瓶、第二氩气气瓶、第一减压阀、第二减压阀、第一气体质量调节器、第二气体质量调节器、第一压力传感器和第二压力传感器；所述氩气气瓶用于作为保护气和送粉气的气源，所述减压阀用于控制两路气体的压力，所述压力传感器实时反馈两路气体压力，所述气体质量调节器用于调节控制气体的流量。

7、所述压力控制泵组包括安装在水箱上的气液增压泵、电磁阀、气动减压阀、安全阀、背压阀、高压针阀和第三压力传感器，所述气液增压泵用于为压力罐施加高压水以模拟水下高压环境，所述电磁阀用于控制气液增压泵的开启和关闭，所述气动减压阀用于限定最高压力阈值，所述安全阀用于限定压力罐内的压力，所述背压阀用于控制调节实验时压力罐的压力，所述高压针阀用于手动泄压，所述第三压力传感器用于实时监测压力罐内的压力，在气动减压阀上还安装有气泵；在第三压力传感器上配置设有第二压力表，在压力罐端盖上方设有第一压力表。

8、所述控制器的型号为stm32f103c8t6，在控制器上设有64个引脚。

9、在水箱内设有过滤器。

10、本实用新型采用上述结构，通过压力罐作为模拟水下压力环境的载体，以控制工件在三个维度上进行协同运动；通过控制器进行自动联动工作并对送粉量、激光功率、熔覆路径、离焦量进行精确控制；通过气体控制组件来精准控制保护气、送粉气的压力和流量并对压力参数和流量参数进行实时记录；通过激光熔覆组件来进行激光的产生、传导、整流和聚焦，通过高压送粉器来连续稳定输送粉末状材料，通过压力控制泵组来模拟水下高压环境，具有精准高效、操作简便的优点。

技术特征：

1.一种深水激光增材压力环境模拟实验装置，其特征在于：包括压力罐、水箱和控制器，所述压力罐为模拟水下压力环境的载体，可控制工件在三个维度上进行协同运动，所述控制器用于进行自动联动工作并对送粉量、激光功率、熔覆路径、离焦量进行精确控制；在压力罐上设有气体控制组件、激光熔覆组件和高压送粉器，所述气体控制组件用于精准控制保护气、送粉气的压力和流量并对压力参数和流量参数进行实时记录，所述激光熔覆组件用于激光的产生、传导、整流和聚焦，所述高压送粉器用于连续稳定输送粉末状材料；在水箱上设有压力控制泵组，所述压力控制泵组用于模拟水下高压环境。

2.根据权利要求1所述的一种深水激光增材压力环境模拟实验装置，其特征在于：在压力罐内安装有三轴移动工作台、水下照明灯和水下摄像机。

3.根据权利要求2所述的一种深水激光增材压力环境模拟实验装置，其特征在于：所述激光熔覆组件包括安装在压力罐端盖上端的激光熔覆头，所述激光熔覆头用于进行激光光束的聚焦，在激光熔覆头下面安装有耐压镜片，所述耐压镜片采用蓝宝石材质表面镀膜，以减小镜片厚度和激光的能量损失；在耐压镜片内侧连接有送粉头和排气罩，以用于同轴激光熔覆材料的输送和局部无水环境的形成，在压力罐端盖上安装有放气阀，所述放气阀用于在压力罐注水时进行排气；所述激光熔覆组件还包括激光器、水冷机和光纤，所述激光器用于产生激光，所述水冷机用于对激光器进行散热，所述光纤用于进行激光的远程传导，在激光熔覆头上安装有同轴高速摄像机，以进行实时监测和光谱分析。

4.根据权利要求1所述的一种深水激光增材压力环境模拟实验装置，其特征在于：所述气体控制组件包括相配合设置的第一氩气气瓶、第二氩气气瓶、第一减压阀、第二减压阀、第一气体质量调节器、第二气体质量调节器、第一压力传感器和第二压力传感器；所述氩气气瓶用于作为保护气和送粉气的气源，所述减压阀用于控制两路气体的压力，所述压力传感器实时反馈两路气体压力，所述气体质量调节器用于调节控制气体的流量。

5.根据权利要求1所述的一种深水激光增材压力环境模拟实验装置，其特征在于：所述压力控制泵组包括安装在水箱上的气液增压泵、电磁阀、气动减压阀、安全阀、背压阀、高压针阀和第三压力传感器，所述气液增压泵用于为压力罐施加高压水以模拟水下高压环境，所述电磁阀用于控制气液增压泵的开启和关闭，所述气动减压阀用于限定最高压力阈值，所述安全阀用于限定压力罐内的压力，所述背压阀用于控制调节实验时压力罐的压力，所述高压针阀用于手动泄压，所述第三压力传感器用于实时监测压力罐内的压力，在气动减压阀上还安装有气泵；在第三压力传感器上配置设有第二压力表，在压力罐端盖上方设有第一压力表。

6.根据权利要求1所述的一种深水激光增材压力环境模拟实验装置，其特征在于：所述控制器的型号为stm32f103c8t6，在控制器上设有64个引脚。

7.根据权利要求1所述的一种深水激光增材压力环境模拟实验装置，其特征在于：在水箱内设有过滤器。

技术总结
一种深水激光增材压力环境模拟实验装置，包括压力罐、水箱和控制器，所述压力罐为模拟水下压力环境的载体，可控制工件在三个维度上进行协同运动，所述控制器用于进行自动联动工作并对送粉量、激光功率、熔覆路径、离焦量进行精确控制；在压力罐上设有气体控制组件、激光熔覆组件和高压送粉器，所述气体控制组件用于精准控制保护气、送粉气的压力和流量并对压力参数和流量参数进行实时记录，所述激光熔覆组件用于激光的产生、传导、整流和聚焦，所述高压送粉器用于连续稳定输送粉末状材料；在水箱上设有压力控制泵组，所述压力控制泵组用于模拟水下高压环境。

技术研发人员：张莹莹,宗乐,刘敬喜,于凯本,董文魁,陈兴山,陈建勇
受保护的技术使用者：山东拓普液压气动有限公司
技术研发日：20230213
技术公布日：2024/1/13