一种用于承压设备内壁涂层的移动式激光增材制造装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种激光增材制造装置，具体是用于能源化工行业承压设备内壁涂层的激光增材制造装置。


背景技术：

2.承压装备广泛应用于能源化工、电站、航空航天等领域，材料损伤是影响关键装备安全性和寿命的主要因素。腐蚀、高温、高压等极端工况极易导致承压装置局部产生材料劣化、减薄、开裂等缺陷，难以继续满足苛刻环境下长寿命安全服役的需求，严重影响流程工业的连续、稳定、安全生产。作为一种典型承压装置，加氢反应器是能源化工领域中关键设备，常常服役于高温、高压以及临氢等苛刻工况，氢腐蚀、回火脆化和蠕变脆化等主要损伤会严重制约成套装置的连续运行。由于加氢反应器技术要求高、制造工艺复杂、单台设备尺寸大、处于炼化装置关键环节，为此常常在加氢反应器内壁基材表面增加其他高性能材料防护层，目前主要是以堆焊方式进行制造。传统的堆焊方法包括焊条电弧焊、埋弧堆焊、气体保护电弧焊。
3.激光增材制造技术作为一种颠覆性新技术，能够快速、高效地进行柔性制造，具有热量输入集中、工件损伤小、加工速度快等特点，在大中型高性能复杂结构零部件的制造、修复、再制造等领域中有着极高的应用价值，已成功应用于航空、航天等领域，被各国列为未来最关键的制造技术之一，给予长期支持。
4.承压装备内壁涂层的激光增材制造，目前是将带有激光头的柔性增材制造臂、激光器、增材材料输送器、保护气体储罐分别输送至承压设备现场，而后再进行承压装备内壁涂层的激光增材制造。另一方面，常规激光增材装置中的粉料输送方式包括同轴送粉和侧向送粉，其中同轴送粉是将粉料以环形方式汇聚在中心轴线的激光束周围。但是在实际熔覆过程中，常常存在粉料载气调节不均匀、粉料难以汇聚等不足，影响了增材制造的工作效率，还容易造成粉料浪费。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是克服上述背景技术的不足，提供一种用于移动式承压设备内壁涂层的激光增材制造装置，该装置应具有工作效率高、资源利用率高的特点。
6.为了达到上述目的，本实用新型提供以下技术方案：
7.一种用于承压设备内壁涂层的移动式激光增材制造装置，包括行走平台模块、配设在所述行走平台模块上的柔性支撑模块、通过旋转铰接模块连接在柔性支撑模块上且带有激光头的柔性增材制造臂以及两端分别连通所述的激光头与行走平台模块的光
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气集成输送管线；其特征在于：所述光
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气集成输送管线中的激光通道由多个光纤形成的圆环体形光纤束形成，圆环体形光纤束中央的通道是粉料通道，圆环体外圆周面还套设一外管，外管与圆环体之间保持间距从而形成保护气体通道。
8.所述行走平台模块上配设有激光器、增材材料输送器以及保护气体储罐，所述光
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气集成输送管线中的激光通道连通所述激光器，所述粉料通道连通所述的增材材料输送器，所述保护气体通道连通所述的保护气体储罐。
9.所述外管与圆环体之间布设有若干支撑垫，以使所述外管与圆环体之间保持同轴。
10.所述多个光纤中的光纤之间通过粘结胶相互连接，从而形成所述的圆环体形光纤束。
11.本实用新型的有益效果是：
12.由于采用了由内而外同轴布置的粉料通道、激光通道以及气体通道，增材制造过程中能够确保增材粉料汇聚于激光束中央，不但提高了增材制造工作效率，还避免了粉料的浪费，使资源得到充分利用；另外，气体通道同轴布置在径向外侧，使得熔融过程得到保护气体的严密围护，确保了增材涂层的质量；满足了承压设备安全服役的需求。
附图说明
13.图1是本实用新型的立体结构示意图。
14.图2是本实用新型中光
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气集成输送管线的放大结构示意图。
15.图3是本实用新型中光
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气集成输送管线与行走平台模块所载运的各设备的连接关系示意图。
具体实施方式
16.以下结合附图所示实施例对本实用新型作进一步描述。
17.附图所示的承压设备内壁涂层的移动式激光增材制造装置，行走平台模块4(配有行走轮以及驱动机构；为现有技术)可在地面行走；柔性支撑模块3(如多级伸缩缸；为现有技术)配设在所述行走平台模块上；带有激光头(即激光焊接头)的柔性增材制造臂1通过旋转铰接模块(即旋转接头)连接在柔性支撑模块；光
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气集成输送管线的两端分别连通所述的激光头与行走平台模块。
18.以上与现有的激光增材制造装置类同。
19.本实用新型的改进是：所述光
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气集成输送管线中的激光通道7由多个光纤形成的圆环体形光纤束形成，圆环体形光纤束中央的通道是粉料通道6，圆环体外圆周面还套设一外管5，外管与圆环体之间保持间距从而形成保护气体通道8。所述外管优选采用橡塑管道。所述行走平台模块上配设有激光器、增材材料输送器以及保护气体储罐，所述光
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气集成输送管线中的激光通道连通所述激光器(即激光发生器)，所述粉料通道连通所述的增材材料输送器，所述保护气体通道连通所述的保护气体储罐。
20.进一步地，所述外管与圆环体之间固定有若干支撑垫9(作为优选，支撑垫采用粘结胶固定在外管与圆环体之间)，以使所述外管与圆环体之间保持同轴。通常沿着外管与圆环体的长度方向，每隔一段距离可设置一组支撑垫，每组支撑垫包括在同一圆周方向等距离布置的3
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4个支撑垫。
21.进一步地，所述多个光纤中的光纤之间通过粘结胶相互连接，从而形成所述的圆环体形光纤束。
22.上述装置的使用过程是：
23.某加氢反应器服役于介质含蜡油、h2s、h2、温度为427℃、压力为19.8mpa，内径φ3200mm，壁厚24mm，需要在内壁增加耐高温损伤涂层。实施过程包括如下步骤：
24.s1)依据该加氢反应器服役工况，查阅文献，发现该加氢反应器内壁常用tp347l材料作为内壁复合层，将tp347l粉末装至行走平台模块内的增材材料输送器，在保护气体储罐内充装氩气。
25.s2)行走平台模块启动，激光增材制造装置移动至加氢反应器所需增加涂层位置；
26.s2)依据加氢反应器内径φ3200，调整柔性支撑模块水平高度为600mm；
27.s3)依据加氢反应器半径及拟增材区域调整柔性增材制造臂长度至激光离焦量为2mm，保护气体、激光、tp347l增材材料在加氢反应器内壁表面汇聚于同一区域；
28.s4)启动激光增材制造系统，控制激光功率1600w、激光移动速度150mm/min、增材制造材料输送速率15g/min、保护气流量0.4l/min，设定柔性增材制造臂移动轨迹为s形水平
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垂直移动，tp347l增材厚度为6mm，实施激光增材制造。
29.以上所述仅是本实用新型优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型保护范围内。