一种水轮机叶片表面局部激光熔注仿生强化方法与设备

摘要

本发明提供了一种水轮机叶片表面局部激光熔注仿生强化方法与设备，采用激光陶瓷熔注方法，针对水轮机叶片表面磨损区域几何特征，从仿生角度出发，研究耐磨损生物原型，从减小水轮机叶片表面强化应力应变角度，将生物原型抗磨损的结构通过激光熔注“复制”在水轮机叶片表面，提高水轮机叶片表面的耐磨性，延长水轮机叶片使用寿命，为水轮机叶片表面强化提供了一种新的方法。

主权项

一种水轮机叶片表面局部激光熔注仿生强化设备，由控制单元、仿生结构体视觉监控系统、陶瓷精密送粉器、激光发生器和五自由度数控工作台组成，控制单元分别与仿生结构体视觉监控系统、陶瓷精密送粉器、激光发生器和五自由度数控机械工作台的通讯接口系统相连；控制单元包括一台工业控制计算机，该计算机具有多尺度激光熔注强化层工艺模块、水轮机叶片面仿生结构体设计模块和水轮机叶片表面仿生强化数控加工模块；所述多尺度激光熔注强化层工艺模块包括加工工艺参数数据库和仿生结构体视觉监控单元，所述数据库中每一条数据记录包括水轮机叶片的材料牌号、原始显微组织，激光功率、扫描速度、离焦量，陶瓷材料、颗粒尺寸、体积分数、弥散形态、熔注速度，熔注后叶片化学成分、组织结构、耐磨性；所述仿生结构体视觉监控单元主要接受视觉硬件系统图像信号，处理激光熔注熔化状态和仿生结构体成形状态，从而控制激光熔注工艺参数和五轴数控工作台联动状态；所述水轮机叶片面仿生结构体设计模块是选择具有耐磨抗裂功能的生物为生物原型，运用相似理论，对生物体几何尺寸、外形、系统结构和功能特征进行模拟和参数优化，建立相应生物模型，针对水轮机叶片表面强化区域尺寸、形状、流道曲率不同特征，通过计算机数值模拟和特征参数优化，从减小水轮机叶片表面强化应力应变角度，设计仿生结构体设计；所述水轮机叶片表面仿生强化数控加工模块能够根据设计好的水轮机叶片面仿生结构体数自动形成数控加工程序，驱动五自由度数控机械工作台；也能够在其它计算机设计好水轮机叶片表面仿生结构体，生成数控加工程序，然后导入数控加工模块的示教系统中；同轴视觉传感采集系统与激光器通过紧固件连接，通过CCD视觉传感激光熔注熔化状态和仿生结构体成形特征，传给控制单元中仿生结构体视觉监控单元；所述五自由度数控机械工作台是一个龙门数控操作平台，包括Y向机构安装在龙门横梁上，能够沿着Y向移动，Z向上下进给结构安装在Y向移动机构上，激光头与B轴驱动相连，B轴驱动与C轴驱动相连，C轴安装在立柱上，可沿Z轴上下移动，龙门中间是安装叶片固定夹具平台，可沿X方向移动。