[发明专利]一种用于汽轮机叶片的电磁复合场协同激光再制造装置

说明书

一种用于汽轮机叶片的电磁复合场协同激光再制造装置，激光熔覆部包括激光器和送粉器，激光器连接有垂直向下的激光输出头，送粉器连接有垂直向下的送粉头，且送粉头设置在激光输出头上；支架部包括夹具和架体，架体竖直设置，架体的底端固定在底板上，架体的顶端可转动地穿设有转轴，转轴的内端与用于固定叶根的夹具固定连接，转轴的外端连接有驱动转轴转动的驱动装置；磁场部设置在支架部靠近夹具的一侧，磁场部包括对称设置在激光输出头水平两侧的两个多匝线圈，多匝线圈与磁场电源相连通，以构成磁场，多匝线圈与转轴同轴设置；电场部包括通过导线相连的电场电源、开关，导线的两自由端均设有电极夹。

技术领域

本发明涉及一种用于汽轮机叶片的电磁复合场协同激光再制造装置。

背景技术

汽轮机叶片是火力发电厂中非常重要的一类构件。当汽轮机主轴高速旋转时，叶片边缘的线速度可达到超音速。高温高压的蒸汽以极大速率冲击到叶片表面上，在汽蚀和疲劳等因素的共同作用下，叶片容易从进汽边开始损坏，当损坏到一定程度后整个叶片报废，需进行及时更换。叶片的造价很高,对局部冲蚀损坏的叶片如能进行修复后再重新应用，无疑将大大节省生产成本。目前，国内外不少研究学者都在这一领域进行了实验探索，提出了钎焊、氩弧焊、热喷涂、电火花和激光熔覆等不同的叶片修复方法。其中，激光熔覆因具有自动化程度高，容易编程控制以及修复层与叶片基体能实现冶金结合等特点，是目前叶片修复中最先进的一种方法。

但激光再制造修复叶片的同时也存在一些问题：

(1)在激光熔覆的快速凝固条件下，熔覆层极易形成形态、大小和方向各异的不均匀凝固组织，且熔覆层内的气孔和夹杂等微观缺陷往往难以及时排出而残留在熔覆组织中，严重影响了熔覆层的质量和性能；

(2)在激光修复过程中需不断的优化工艺参数，不仅效率较低，而且激光工艺参数的调节只能改变熔覆层熔池的外部传热边界，无法控制熔池内部流体的运动方向，难以对熔覆组织中晶粒的形态、尺寸、晶体取向进行灵活控制，获得性能更优的熔覆涂层。

针对上述汽轮机叶片激光再制造过程中遇到的问题，国内外学者多采用改变激光工艺参数或在熔覆粉末中添加稀土元素等方式来减少和消除裂纹和气孔，改善熔覆层质量。但此类方法需要大量的实验进行对比验证，效率较低，不利于工程实际应用。

发明内容

为克服背景技术中存在的缺陷，本发明提供一种专门应用于汽轮机叶片修复的电磁复合场协同激光再制造装置。在利用激光再制造修复汽轮机叶片的过程中，将外加电场和磁场同时作用于熔池中，产生方向、大小、频率灵活可控的洛伦兹力，有效调控激光熔池流体运动、内部颗粒分布以及熔覆缺陷，减少气孔和裂纹，得到性能优良的叶片强化层。

本发明解决上述问题的技术方案是：

一种用于汽轮机叶片的电磁复合场协同激光再制造装置，汽轮机叶片包括叶根、叶身和叶冠，包括激光熔覆部、用于固定叶片且可驱动叶片转动的支架部、提供电场的电场部和提供磁场的磁场部；

所述激光熔覆部包括激光器和送粉器，激光器连接有垂直向下的激光输出头，送粉器连接有垂直向下的送粉头，且送粉头设置在激光输出头上；

所述支架部设置在激光熔覆部的下方，支架部包括用于水平固定叶片的夹具和支撑夹具的架体，架体竖直设置，架体的底端固定在底板上，架体的顶端可转动地穿设有转轴，所述转轴水平设置，转轴的内端与用于固定叶根的夹具固定连接，转轴的外端连接有驱动转轴转动的驱动装置；

所述磁场部设置在支架部的一侧，磁场部包括对称设置在激光输出头水平两侧的两个多匝线圈，所述多匝线圈与磁场电源相连通，以构成磁场，多匝线圈与所述转轴同轴设置；

所述电场部包括通过导线相连的电场电源、开关，导线的两自由端均设有电极夹。