纳米组构镍铬碳化铬复合粉体堆焊装备的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种纳米粉生产设备领域，具体的说涉及一种纳米组构镍铬碳化铬复合粉体堆焊装备。该设备是一种在机械零部件表面堆焊纳米组构镍铬碳化铬复合粉体堆焊层的设备和工装，适合于各种结构机械零部件表面耐磨损、耐腐蚀、耐汽蚀、耐高温堆焊层的制备、破损零件的修复以及新零件的原型制造。
【背景技术】
[0002]在表面工程领域中，镍铬碳化铬(NiCr-Cr3C2)复合涂层由于具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀等综合优异性能，被广泛应用在航空、发电及汽车制造等领域。镍铬碳化铬(NiCr-Cr3C2)粉体由两种不同性能的组份构成，其中镍铬合金(NiCr)具有良好的耐热耐蚀性，碳化铬(Cr3C2)在金属碳化物中抗氧化能力最强，在空气中加热到1100-1400 °C才开始显著氧化，并且在高温条件下依然保持相当高的硬度。同时，碳化铬还具有很强的耐蚀性和耐磨性，在稀硫酸溶液中是lCrl8Ni9Ti不锈钢耐蚀性的30倍，而在蒸汽中则是Co-WC合金的50倍。镍铬碳化铬(NiCr- Cr3C2)复合粉体主要用于制作高温工作状态下的耐腐蚀、耐磨损涂层。普通镍络碳化络(NiCr- Cr3C2)涂层中的NiCr、Cr3C2颗粒为亚微米尺寸，我们开发的纳米组构镍络碳化络(NiCr- CnC2)复合粉体中的NiCr、Cr3C2颗粒为纳米尺度，经混合造粒后为球形颗粒，平均粒径ΙΟμπι左右，用该种粉体制作的表面涂层性能更加优异。
[0003]现有技术中，常采用热喷涂方法在零部件表面制取镍铬碳化铬(NiCr-Cr3C2)涂层，由于涂层与基体材料非冶金结合，如不采取重熔工艺作后期处理，涂层往往由于和基体结合力不足而容易脱落，另外，采用热喷涂技术制取的涂层厚度受限制。
[0004]微束等离子弧是等离子弧的一种。在普通等离子弧焊枪基础上采取提高电弧稳定性措施，进一步加强电弧的压缩作用，减小电流和气流，缩小电弧室的尺寸，微束等离子弧堆焊枪喷嘴喷射出的等离子弧焰流，可以如同缝纫机针一般细小。一般采用小孔径压缩喷嘴(0.6?1.2mm)及联合型电弧，即焊接时存在两个电弧，一个是燃烧于电极与喷嘴之间的非转移弧，另一个为燃烧于电极与焊件之间的转移弧，前者起着引弧和维弧作用，使转移弧在电流小至0.5A时仍非常稳定。微束等离子弧堆焊枪极大地减少了堆焊时的热影响区，避免了工件升温过高，其堆焊厚度为0.5?4mm;如用于焊接，最小可焊厚度为0.01mm。微束等离子弧粉末堆焊工艺是采用微束等离子弧粉末堆焊设备进行施工，通过堆焊枪的等离子弧熔融零件金属基体和粉末原料，采用不同的粉体材料可以在零件表面堆焊出不同性能的堆焊层，赋予零件表面特殊的物理、机械、化学性能。
[0005]近期，用于快速原型制造的3D打印技术突飞猛进。金属材料的3D打印技术采用激光为热源熔化金属粉体，通过数字化控制的激光打印头通过逐层扫描三维零件的二维截面轮廓，同时熔化由送粉器同步送入的金属粉体，由熔化的粉体相互粘连、凝结、固化，渐次由二维截面累积出三维零件实体，打印精度高，零件造型准确。由于激光发生器价格昂贵，所以用于3D打印金属零件的设备更是居高不下，影响了该项技术的普及和推广。
【发明内容】
[0006]本实用新型的目的是要提供一种纳米组构镍铬碳化铬复合粉体堆焊装备，该设备结构简单合理，可以在轴类零件、套筒类零件的内外表面、平面以及螺旋桨、叶轮等具有复杂三维曲面的零件表面堆焊纳米组构镍铬碳化铬复合堆焊层，使零件表面具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀等综合优异性能，提高零件在复杂工况下的服役寿命。
[0007]本实用新型的目的是这样实现的，一种纳米组构镍铬碳化铬复合粉体堆焊装备，其特征在于:该装备包括操作室、导轨、数控行走小车、电气拖链、控制箱、二轴数控转台和轴套类回转零件堆焊工装，所述所述操作室为密闭结构，导轨、数控行走小车、电气拖链、控制箱、二轴数控转台和轴套类回转零件堆焊工装设置在操作室内，所述二轴数控转台和轴套类回转零件堆焊工装为两个工位、二者直线排列设置并与导轨平行，数控行走小车设置在轨道上行走，所述电气拖链通过布置在其内的电源线和控制线连接控制箱和数控行走小车，所述控制箱、二轴数控转台、轴套类回转零件堆焊工装通过电源线和控制线电连接。
[0008]所述的数控行走小车包括二个导轨、二个导轨块、配电盒、车体、氩气瓶、微束等离子体弧堆焊电源、出气管、气体流量控制箱、支架、管路、料斗、管路、送粉器、电线、管路、等离子弧堆焊枪、机械手、伺服电机、齿轮和齿条;所述导轨块固定在车体底面，二个导轨平行布置在水平地面，其中一个导轨上固定有齿条，所述齿条和齿轮啮合，所述车体的侧面设置有配电盒，车体的上面依次设置有氩气瓶、支架、微束等离子体弧堆焊电源和机械手，在所述支架上固定有气体流量控制箱和料斗，所述料斗下部设置有送粉器;所述机械手通过夹具夹持有等离子弧堆焊枪，所述等离子弧堆焊枪经电线与堆焊电源连接;所述配电盒和拖链连接并随小车移动;所述氩气瓶出气管与气体流量控制箱相连，气体流量控制箱出气口一路由管路连接到等离子弧堆焊枪、另一路由管路连接到送粉器，送粉器输出的粉体经管路到等离子弧堆焊枪。
[0009]所述轴套类零件堆焊工装包括伺服电机、床头箱、卡盘、工件、托盘、顶尖、尾座、底座;所述床头箱固定在底座上、内部有传动机构和主轴，卡盘与主轴联接并随主轴转动，尾座位于底座右上部，顶尖用于为轴类零件提供辅助支撑，托盘放置在底座上用于收纳堆焊余粉;伺服电机接收数字控制信号、经传动机构带动主轴转动，并经卡盘带动工件转动，转动的方向、速度由伺服电机接收的数字信号决定。
[0010]所述二轴数控转台由左床头箱、伺服电机、转盘、工作台、工作台座、底座、右床头箱等构成;所述左床头箱、底座和右床头箱联为一体静止水平放置，所述转盘和工作台座联接为一体，工作台座上设置有工作台。
[0011]本实用新型具有以下优点和积极效果:
[0012]1、本实用新型采用纳米组构镍铬碳化铬复合粉体为原料，使用微束等离子弧堆焊设备，配备数控机械手、数控行走小车、二轴数控转台、轴套等回转类零件堆焊工装，即可以在轴类零件、套筒类零件的内外表面、平面以及螺旋桨、叶轮等具有复杂三维曲面的零件表面堆焊纳米组构镍铬碳化铬复合堆焊层，堆焊层和零件基体为冶金结合，结合强度高，堆焊厚度可控。使零件表面具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀等综合优异性能，提高零件在复杂工况下的服役寿命。
[0013]2、本实用新型装备也可用于焊接、失效零件的再制造，更可以通过粉末堆焊方式3D打印制造机械实体零件，其优点是不通过冶炼技术满足机械零件制造对各种金属元素的特殊需求，尤其适合于对于金属元素有特殊要求单件零件的毛坯制作。
[0014]3、本装备可采用纳米组构镍铬碳化铬复合粉体为原料，在轴套类零件的内外表面制作堆焊层，可以在平面制作堆焊层，也可以在螺旋桨、叶轮、模具型腔等复杂表面制作堆焊层，还可以用于焊接，零件表面修复，更换原材料粉体还可以实现金属零件的快速原型制造，S卩3D打印金属实体零件、一机多能。
[0015]4、本实用新型采用数字化程序控制，提高了堆焊的自动化和堆焊层的精度。
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型纳米组构镍铬碳化铬复合粉体堆焊装备布局示意图；
[0017]图2为本实用新型数控行走小车示意图；
[0018]图3为本实用新型轴套等回转类零件堆焊工装示意图；
[0019]图4为本实用新型内孔堆焊示意图；
[0020]图5为本实用新型二轴数控转台示意图；
[0021]图6为本实用新型图5二轴数控转台的俯视图。
【具体实施方式】
[0022]如图1所示:一种纳米组构镍铬碳化铬复合粉体堆焊装备，该装备包括操作室(I)、导轨(2 )、数控行走小车(3 )、电气拖链(4 )、控制箱(5 )、二轴数控转台(6 )和轴套类回转零件堆焊工装(7)，所述所述操作室I为密闭结构，导轨(2)、数控行走小车(3)、电气拖链(4)、控制箱(5)、二轴数控转台(6)和轴套类回转零件堆焊工装(7)设置在操作室I内，所述二轴数控转台6和轴套类回转零件堆焊工装7为两个工位、二者直线排列设置并与导轨2平行，通过数字化控制技术控制数控行走小车3在轨道2上行走，可以使机械手位于不同工位。数控行走小车3设置在轨道2上行走，所述电气拖链4通过布置在其内的电源线和控制线连接控制箱5和数控行走小车3，所述控制箱5、二轴数控转台6、轴套类回转零件堆焊工装7通过电源线和控制线电连接。
[0023]所述控制箱5内有数控系统，用于给数控行走小车和机械手发送控制信号，电气拖链4连接控制箱5和数控行走小车3，电源线和控制线布置在电气拖链4内，另有电源线、控制线连接在控制箱5与二轴数控转台6、轴套类回转零件堆焊工装7之间。
[0024]如图2所示:所述的数控行走小车3包括二个导轨2、二个导轨块9、配电盒10、车体U、氩气瓶12、微束等离子体弧堆焊电源13、出气管14、气体流量控制箱15、支架16、管路17、料斗18、管路19、送粉器20、电线21、管路22、等离子弧堆焊枪23、机械手25、伺服电机26、齿轮27和齿条28;所述导轨块9固定在车体11底面，二个导轨2平行布置在水平地面，其中一个导轨上固定有齿条28，所述齿条28和齿轮27啮合，所述车体11的侧面设置有配电盒10，车体11的上面依次设置有氩气瓶12、支架16、微束等离子体弧堆焊电源13和机械手25，在所述支架16上固定有气体流量控制箱15和料斗18，所述料斗18下部设置有送粉器20;所述机械手25通过夹具24夹持有等离子弧堆焊枪23，所述等离子弧堆焊枪23经电线21与堆焊电源13连接;所述配电盒10和拖链4连接并随小车移动;所述氩气瓶12出气管14与气体流量控制箱15相连，气体流量控制箱15出气口一路由管路17连接到等离子弧堆焊枪23、另一路由管路19连接到送粉器20，送粉器20输出的粉体经管路22到等离子弧堆焊枪23。
[0025]所述配电盒10内部布置有机械手、数控行走小车、堆焊电源、送粉器的电源线、控制线。
[0026]数控系统发出的数字信号驱动伺服