【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于激光，具体涉及随动气氛保护大型回转支承轴承激光熔覆修复装置及方法。
技术介绍
1、随着工业制造体系的快速发展，大型回转支承轴承的应用需求在不断增加，回转支承轴承滚道在长时间负载运行后易出现疲劳磨损、腐蚀等缺陷，使得轴承的稳定性降低。大型回转支承作为重载设备运行的主要承力和运动部件，其加工工序复杂且制造成本较高，修复失效的轴承滚道，提高其耐磨性、抗疲劳强度和耐腐蚀性，使其恢复使用性能显得尤为重要。激光熔覆沉积技术作为一种高效的加工方法，具有低成本、高时效、绿色环保等特点，可快速恢复被修复零件的外形尺寸和使用性能。
2、由于大气中的氧、氢等易与熔覆层的高温金属结合，影响熔覆层的微观组织形态、宏观力学性能，因此激光熔覆沉积制造设备的熔覆头运动机构通常安装在惰性气氛室内部。
3、目前，常规激光熔覆沉积制造设备，增材熔覆头运动机构安装在惰性气氛室内部。惰性气氛室为固定式安装，惰性气氛室和被加工零件无相对运动。通常为了满足多种类型零件的加工，惰性气氛室容积较大，导致气氛室抽气、充气时间较长，增材加工前期准备时间远大于增材熔覆加工时间。当大型轴承的尺寸大于惰性气氛室尺寸时或被加工区域尺寸大于惰性气氛室尺寸时，常规激光熔覆沉积制造设备无法满足其在惰性气氛环境中的连续熔覆加工。
技术实现思路
1、本专利技术针对上述激光熔覆沉积修复中出现的惰性气氛室充气周期长、无法满足惰性气氛环境中大型回转类零件连续增材加工等问题，研发了随动气氛保护大型回转支承轴承激光熔覆修复装
2、本专利技术采用的具体技术方案是：
3、随动气氛保护大型回转支承轴承激光熔覆修复装置，包括大型回转支承轴承、激光熔覆系统、x-z轴二维运动平台、c轴旋转台、随动惰性气氛室、气氛控制系统以及总控系统，其特征在于：大型回转支承轴承与熔覆末端组件、随动惰性气氛室形成相对转动，将大型回转支承轴承的部分区域转动到随动惰性气氛室内，利用激光熔覆系统、x-z轴二维运动平台、c轴旋转台对隔离在随动惰性气氛室内的大型回转支承轴承进行激光熔覆修复。
4、所述激光熔覆系统内的熔覆末端组件、随动惰性气氛室借助x-z轴二维运动平台实现运动，随动惰性气氛室与x-z轴二维运动平台的x轴底座固定连接，熔覆末端组件安装于x-z轴二维运动平台的z向滑板上，所述x向运动轴带动熔覆末端组件沿水平方向运动，所述z向运动轴带动熔覆末端组件沿竖直方向运动，所述旋转台带动移动气氛室和熔覆末端组件沿轴承周向运动。
5、进一步的，所述随动惰性气氛室呈分体式结构，随动惰性气氛室包括主箱体、位于左右两侧的分体式盖板、位于后侧的三维密封罩和前侧的前盖以及位于上侧的顶盖和气体检测仪，所述分体式盖板、三维密封罩、前盖、顶盖均采用螺栓固定在主箱体上并拼接形成为六面体，随动惰性气氛室借助气体检测仪监控腔室内气体成分。
6、进一步的，所述随动惰性气氛室的三维密封罩，扣至z向滑板并形成密封，与随动惰性气氛室以及大型回转支承轴承共同组成三维动态气氛隔离室。
7、进一步的，所述分体式盖板包括左侧分体式盖板和右侧分体式盖板，左侧分体式盖板和右侧分体式盖板呈镜像对称，左侧分体式盖板和右侧分体式盖板均包括第一侧盖板、第二侧盖板、静密封条和动密封条，所述第一侧盖板呈矩形板状结构，所述第二侧盖板呈u型板状结构，第二侧盖板的u型开口朝向第一侧盖板并拼接形成为随动惰性气氛室的轴承通道，所述第一侧盖板与第二侧盖板的衔接处设置有静密封条，轴承通道的周圈设置有动密封条。
8、进一步的，所述激光熔覆系统包括激光器、多通道送粉器、熔覆末端组件、保护气储存罐和水冷装置，所述熔覆末端组件包括安装板以及位于安装板上的熔覆头和锤击单元，所述锤击单元于熔覆头上下两侧对称设置，锤击单元包括锤击体和锤击驱动装置，所述锤击体借助锤击驱动装置具有往复直线运动的自由度并锤击熔覆层。
9、随动气氛保护大型回转支承轴承激光熔覆修复装置的修复方法，所述修复方法具体包括以下步骤：
10、s1、将待修复的大型回转支承轴承吊装到指定安装位置，对大型回转支承轴承的待修复区域表面进行打磨以除去表面的铁锈和氧化皮，然后使用酒精冲洗并干燥；
11、s2、安装随动惰性气氛室，建立大型回转支承轴承局部区域的独立气氛环境空间；
12、s3、抽出随动惰性气氛室内的空气，然后向随动惰性气氛室内输送惰性气体；
13、s4、待随动惰性气氛室内的气体替换为惰性气体后，启动激光熔覆机构对大型回转支承轴承的待修复区域进行修复；
14、s5、激光熔覆机构沿竖直方向对大型回转支承轴承的待修复区域进行修复，当第一道修复组织熔覆后，驱动c轴旋转台转动，熔覆末端组件和随动惰性气氛室随c轴旋转台移动到下一道熔覆位置起点，并进行熔覆修复，沿矩形波路径，直至全部待修复区域修复完毕。
15、本专利技术的有益效果是：
16、1、本专利技术中提供的带有随动气氛保护装置的激光熔覆修复装置及方法，综合解决了目前大型回转支承件激光熔覆定向沉积修复过程中加工效率低、加工不连续、修复层材料组织力学性能不一致、脆性大等问题，为大型回转结构件激光熔覆沉积修复制造的工业化创造了必要前提。
17、2、本专利技术中的随动惰性气氛室侧盖板可根据不同轴承型号定做，提高了设备的互换性和使用率。随动气氛室尺寸较小，可实现快速充放气体，大幅提高氩气填充效率。气氛室采用金属框架结构和亚克力板相结合的设计，在保证结构强度、重复使用率的同时方便监视和操作。
18、3、本专利技术中通过c轴旋转台、x轴、z轴的联动控制，实现了熔覆末端工具和随动惰性气氛室沿回转支承轴承周向移动，满足大型回转支承轴承耐磨层熔覆修复的连续加工的需求。
19、4、本专利技术中在熔覆头的上下两侧对称安装锤击单元，激光增材和锤击同步运行，实现了激光熔覆沉积加工和后处理同步进行。锤击单元对沉积的热态金属快速锤击，使高温熔覆金属上部区域产生塑性变形，内部产生压应力，降低熔覆层金属的脆性，有效提高熔覆区域的疲劳性能。
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1.随动气氛保护大型回转支承轴承激光熔覆修复装置，包括大型回转支承轴承(1-1)、激光熔覆系统、X-Z轴二维运动平台(1-3)、C轴旋转台(1-2)、随动惰性气氛室(1-4)、气氛控制系统以及总控系统，其特征在于：大型回转支承轴承(1-1)与熔覆末端组件(4-3)、随动惰性气氛室(1-4)形成相对转动，将大型回转支承轴承(1-1)的部分区域转动到随动惰性气氛室(1-4)内，利用激光熔覆系统、X-Z轴二维运动平台(1-3)、C轴旋转台(1-2)对隔离在随动惰性气氛室(1-4)内的大型回转支承轴承(1-1)进行激光熔覆修复。
2.根据权利要求1所述的随动气氛保护大型回转支承轴承激光熔覆修复装置，其特征在于：所述激光熔覆系统内的熔覆末端组件(4-3)、随动惰性气氛室(1-4)借助X-Z轴二维运动平台(1-3)、C轴旋转台(1-2)实现运动，随动惰性气氛室(1-4)与X-Z轴二维运动平台(1-3)的X轴底座(6-1)固定连接，熔覆末端组件(4-3)安装于X-Z轴二维运动平台(1-3)的Z向滑板(6-2)上，所述X向运动轴带动熔覆末端组件(4-3)沿水平方向运动，所述Z向运动轴
3.根据权利要求2所述的随动气氛保护大型回转支承轴承激光熔覆修复装置，其特征在于：所述随动惰性气氛室(1-4)呈分体式结构，随动惰性气氛室(1-4)包括主箱体(2-4)、位于左右两侧的分体式盖板(2-2)、位于后侧的三维密封罩(2-1)和前侧的前盖(2-6)以及位于上侧的顶盖(2-3)和气体检测仪(2-5)，所述分体式盖板(2-2)、三维密封罩(2-1)、前盖(2-6)、顶盖(2-3)均采用螺栓固定在主箱体(2-4)上并拼接形成为六面体，随动惰性气氛室(1-4)借助气体检测仪(2-5)监控腔室内气体成分。
4.根据权利要求3所述的随动气氛保护大型回转支承轴承激光熔覆修复装置，其特征在于：所述随动惰性气氛室(1-4)的三维密封罩(2-1)罩扣至Z向滑板(6-2)表面并形成密封，随动惰性气氛室(1-4)以及大型回转支承轴承(1-1)的截面共同组成三维动态气氛隔离室。
5.根据权利要求3所述的随动气氛保护大型回转支承轴承激光熔覆修复装置，其特征在于：所述分体式盖板(2-2)包括左侧分体式盖板和右侧分体式盖板，左侧分体式盖板和右侧分体式盖板呈镜像对称，左侧分体式盖板和右侧分体式盖板均包括第一侧盖板(3-1)、第二侧盖板(3-4)、静密封条(3-2)和动密封条(3-3)，所述第一侧盖板(3-1)呈矩形板状结构，所述第二侧盖板(3-4)呈U型板状结构，第二侧盖板(3-4)的U型开口朝向第一侧盖板(3-1)并拼接形成为随动惰性气氛室(1-4)的轴承通道，所述第一侧盖板(3-1)与第二侧盖板(3-4)的衔接处设置有静密封条(3-2)，轴承通道的周圈设置有动密封条(3-3)，轴承通道尺寸可根据不同规格大型回转支承定制，可满足多种型号大型回转支承的激光熔覆修复。
6.根据权利要求1所述的随动气氛保护大型回转支承轴承激光熔覆修复装置，其特征在于：所述激光熔覆系统包括激光器(4-1)、多通道送粉器(4-2)、熔覆末端组件(4-3)、保护气储存罐(4-4)和水冷装置(4-5)，所述熔覆末端组件(4-3)包括安装板(5-2)以及位于安装板(5-2)上的熔覆头(5-3)和锤击单元(5-1)，所述锤击单元(5-1)于熔覆头(5-3)上下两侧对称设置，锤击单元(5-1)包括锤击体(5-101)和锤击驱动装置，所述锤击体(5-101)借助锤击驱动装置具有往复直线运动的自由度并锤击熔覆层。
7.基于权利要求1所述的随动气氛保护大型回转支承轴承激光熔覆修复装置的修复方法，其特征在于，所述修复方法具体包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.随动气氛保护大型回转支承轴承激光熔覆修复装置，包括大型回转支承轴承(1-1)、激光熔覆系统、x-z轴二维运动平台(1-3)、c轴旋转台(1-2)、随动惰性气氛室(1-4)、气氛控制系统以及总控系统，其特征在于：大型回转支承轴承(1-1)与熔覆末端组件(4-3)、随动惰性气氛室(1-4)形成相对转动，将大型回转支承轴承(1-1)的部分区域转动到随动惰性气氛室(1-4)内，利用激光熔覆系统、x-z轴二维运动平台(1-3)、c轴旋转台(1-2)对隔离在随动惰性气氛室(1-4)内的大型回转支承轴承(1-1)进行激光熔覆修复。
2.根据权利要求1所述的随动气氛保护大型回转支承轴承激光熔覆修复装置，其特征在于：所述激光熔覆系统内的熔覆末端组件(4-3)、随动惰性气氛室(1-4)借助x-z轴二维运动平台(1-3)、c轴旋转台(1-2)实现运动，随动惰性气氛室(1-4)与x-z轴二维运动平台(1-3)的x轴底座(6-1)固定连接，熔覆末端组件(4-3)安装于x-z轴二维运动平台(1-3)的z向滑板(6-2)上，所述x向运动轴带动熔覆末端组件(4-3)沿水平方向运动，所述z向运动轴带动熔覆末端组件(4-3)沿竖直方向运动，所述c轴旋转台(1-2)带动移动气氛室和熔覆末端组件沿轴承周向运动。
3.根据权利要求2所述的随动气氛保护大型回转支承轴承激光熔覆修复装置，其特征在于：所述随动惰性气氛室(1-4)呈分体式结构，随动惰性气氛室(1-4)包括主箱体(2-4)、位于左右两侧的分体式盖板(2-2)、位于后侧的三维密封罩(2-1)和前侧的前盖(2-6)以及位于上侧的顶盖(2-3)和气体检测仪(2-5)，所述分体式盖板(2-2)、三维密封罩(2-1)、前盖(2-6)、顶盖(2-3)均采用螺栓固定在主箱体(2-4)上并拼接形成为六面体，随动惰性气氛室(1-4)借助气体检测仪(2-5)监控腔室内气体成分。
<...【专利技术属性】
技术研发人员：王楠，谭词骏，齐海波，付保周，李如萍，韩日宏，程凯强，贾东森，
申请(专利权)人：石家庄铁道大学，
类型：发明
国别省市：
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