水輪機(jī)組過流部件用移動增材再制造系統(tǒng)及基于其的修復(fù)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種水輪機(jī)組過流部件用移動增材再制造系統(tǒng)及基于其的修復(fù)方法，它包括工程車箱體以及安裝在所述工程車箱體底部的多個車輪，所述工程車箱體內(nèi)設(shè)置有用于對水輪機(jī)組過流部件進(jìn)行清洗和噴砂的前處理區(qū)、與所述前處理區(qū)相鄰設(shè)置用于對水輪機(jī)組過流部件進(jìn)行噴涂和激光熔覆的再制造工作區(qū)、與所述再制造工作區(qū)相鄰設(shè)置用于對噴涂和激光熔覆進(jìn)行控制的制造控制區(qū)以及分別與所述前處理區(qū)和所述再制造工作區(qū)相連通用于回收砂粒和粉塵的回收區(qū)。通過在工程車箱體內(nèi)設(shè)置對應(yīng)功能的前處理區(qū)、再制造工作區(qū)、制造控制區(qū)和回收區(qū)等，能夠?qū)崿F(xiàn)對水輪機(jī)組過流部件的現(xiàn)場增材再制造修復(fù)。
【專利說明】
水輪機(jī)組過流部件用移動増材再制造系統(tǒng)及基于其的修復(fù)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種移動增材再制造系統(tǒng)，具體涉及一種水輪機(jī)組過流部件用移動增材再制造系統(tǒng)及基于其的修復(fù)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]水電機(jī)組運(yùn)行過程中，轉(zhuǎn)輪、葉輪、導(dǎo)葉、座環(huán)、閥門、管道、噴嘴、水斗等重要過流部件不可避免地遭受高速水流空化而導(dǎo)致的空蝕破壞；而且我國水域河沙含量大，泥沙的沖蝕破壞也非常嚴(yán)重，兩者對部件產(chǎn)生鱗坑、針孔、麻點(diǎn)、波紋、蜂窩等形態(tài)的破壞結(jié)果，甚至導(dǎo)致構(gòu)件存在斷裂的潛在風(fēng)險(xiǎn)，將致使水電機(jī)組發(fā)電效率降低，振動增加，嚴(yán)重地威脅水電站運(yùn)行安全性。針對水電機(jī)組過流部件的空蝕、沖蝕問題，除了通過優(yōu)化水輪機(jī)組設(shè)計(jì)、降低泥沙含量外，采用熱噴涂、激光熔覆等增材再制造工藝，顯著提升葉輪等部件的表面性能是一種有效的維護(hù)策略，實(shí)現(xiàn)對失效組件進(jìn)行再制造加工，恢復(fù)其尺寸、形狀，形成增材再制造的產(chǎn)品，進(jìn)而提升性能并延長服役壽命。
[0003]然而，水電站位置較為偏僻，交通不便，水電機(jī)組部件重量巨大，上千噸的整體造成運(yùn)輸困難?，F(xiàn)階段，在水電部件修復(fù)尤其是現(xiàn)場修復(fù)領(lǐng)域，尚未有成套的現(xiàn)場解決方案及成熟的先進(jìn)修復(fù)方案。電站的檢修時(shí)間窗口緊張，國內(nèi)水電機(jī)組具有巨大的現(xiàn)場增材再制造維修需求前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種水輪機(jī)組過流部件用移動增材再制造系統(tǒng)。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:一種水輪機(jī)組過流部件用移動增材再制造系統(tǒng)，它包括工程車箱體以及安裝在所述工程車箱體底部的多個車輪，所述工程車箱體內(nèi)設(shè)置有用于對水輪機(jī)組過流部件進(jìn)行清洗和噴砂的前處理區(qū)、與所述前處理區(qū)相鄰設(shè)置用于對水輪機(jī)組過流部件進(jìn)行噴涂和激光熔覆的再制造工作區(qū)、與所述再制造工作區(qū)相鄰設(shè)置用于對噴涂和激光熔覆進(jìn)行控制的制造控制區(qū)以及分別與所述前處理區(qū)和所述再制造工作區(qū)相連通用于回收砂粒和粉塵的回收區(qū)。
[0006]優(yōu)化地，它還包括與所述制造控制區(qū)相鄰設(shè)置的無損檢測區(qū)，所述無損檢測區(qū)內(nèi)安裝有顯微硬度計(jì)、涂層測厚儀和裂紋無損檢測儀。
[0007]優(yōu)化地，它還包括安裝在所述工程車箱體底部用于支撐在地面上的液壓腿。
[0008]優(yōu)化地，所述前處理區(qū)內(nèi)依次設(shè)置有清洗模塊和噴砂模塊。
[0009]優(yōu)化地，所述再制造工作區(qū)內(nèi)安裝有軌道組件、與所述軌道組件相配合的機(jī)械手以及設(shè)置于所述軌道組件兩側(cè)的激光3D掃描組件，所述軌道組件上搭配有超音速火焰噴涂噴槍和激光恪覆噴槍;所述制造控制區(qū)還對所述激光3D掃描組件進(jìn)行控制。
[0010]本發(fā)明的又一目的在于提供一種基于上述水輪機(jī)組過流部件用移動增材再制造系統(tǒng)的修復(fù)方法，它包括以下步驟:
(a)對水輪機(jī)組過流部件表面進(jìn)行清洗，
(b)在所述水輪機(jī)組過流部件表面先熔覆形成不銹鋼層，再噴涂形成合金涂層即可。[0011 ]優(yōu)化地，步驟(a)中，在對所述水輪機(jī)組過流部件表面進(jìn)行清洗之前，先對其表面進(jìn)行激光3D掃描，對應(yīng)構(gòu)建3D模型，確定缺陷尺寸，隨后選擇熔覆或/和噴涂的方案。
[0012]進(jìn)一步地，步驟(b)中，熔覆形成所述不銹鋼層后進(jìn)行超聲波及磁粉裂紋檢測，并在缺陷處噴砂粗化。
[0013]進(jìn)一步地，步驟(b)中，噴涂形成所述合金涂層后對其進(jìn)行厚度、硬度和裂紋檢測。
[0014]進(jìn)一步地，步驟(a)中，采用醋酸異戊酯清洗構(gòu)件缺陷部位油漬，采用低濃度鹽酸溶解銹斑，最后用酒精清潔表面;步驟(b)中，所述砂粒的粒徑為0.1?1mm。
[0015]由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明水輪機(jī)組過流部件用移動增材再制造系統(tǒng)，通過在工程車箱體內(nèi)設(shè)置對應(yīng)功能的前處理區(qū)、再制造工作區(qū)、制造控制區(qū)和回收區(qū)等，能夠?qū)崿F(xiàn)對水輪機(jī)組過流部件的現(xiàn)場增材再制造修復(fù)。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明水輪機(jī)組過流部件用移動增材再制造系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為基于本發(fā)明水輪機(jī)組過流部件用移動增材再制造系統(tǒng)的修復(fù)方法工藝圖；
其中，1、工程車箱體;2、前處理區(qū)；21、清洗模塊;22、噴砂模塊;3、再制造工作區(qū)；31、機(jī)械手;32、超音速火焰噴涂噴槍;33、激光熔覆噴槍;34、軌道組件;35、激光3D掃描組件;4、制造控制區(qū)；5、無損檢測區(qū)；51、顯微硬度計(jì);52、涂層測厚儀;53、裂紋無損檢測儀;6、回收區(qū)；
7、液壓腿;8、車輪。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0018]實(shí)施例1
如圖1所示的水輪機(jī)組過流部件用移動增材再制造系統(tǒng)，它包括工程車箱體I和多個車輪8，車輪8安裝在工程車箱體I的底部。
[0019]在本實(shí)施例中，該工程車箱體I頂部開口，方便工件吊裝；它的底部安裝有四個液壓腿7，以便在工作時(shí)穩(wěn)定車身，其尺寸(長寬高)可以為9.6 m、2.5 m、2.4 m。工程車箱體I內(nèi)設(shè)有前處理區(qū)2、再制造工作區(qū)3、制造控制區(qū)4、無損檢測區(qū)5和回收區(qū)6等。前處理區(qū)2內(nèi)依次設(shè)置有清洗模塊21和噴砂模塊22，分別用于對水輪機(jī)組過流部件進(jìn)行清洗、噴砂粗化。再制造工作區(qū)3內(nèi)安裝有軌道組件34、與軌道組件34相配合的機(jī)械手31以及設(shè)置在軌道組件34兩側(cè)的激光3D掃描組件35，軌道組件34上搭配有超音速火焰噴涂噴槍32和激光熔覆噴槍33，以實(shí)現(xiàn)對水輪機(jī)組過流部件進(jìn)行激光3D掃描、噴涂、激光熔覆;軌道組件34可以延伸至與無損檢測區(qū)5(無損檢測區(qū)5與制造控制區(qū)4相鄰設(shè)置)和前處理區(qū)2處，這樣機(jī)械手31能夠?qū)⑺啓C(jī)組過流部件在前處理區(qū)2、再制造工作區(qū)3和無損檢測區(qū)5之間進(jìn)行輸送(通過現(xiàn)有的3D建模軟件和機(jī)械手31控制軟件，設(shè)計(jì)其在軌道組件34上的行走路徑，并實(shí)現(xiàn)行走路徑的可視化仿真;該區(qū)采取隔音措施，最大程度降低再制造工藝噪音的影響)。制造控制區(qū)4與再制造工作區(qū)3相鄰設(shè)置，包括激光3D掃描控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、超音速火焰噴涂控制系統(tǒng)及激光熔覆控制系統(tǒng)，分別用于對超音速火焰噴涂噴槍32、激光熔覆噴槍33和激光3D掃描組件35進(jìn)行自動化控制；當(dāng)然，可以根據(jù)實(shí)際需要增設(shè)對應(yīng)的控制模塊以實(shí)現(xiàn)對清洗模塊21、噴砂模塊22等的自動化控制?；厥諈^(qū)6分別與前處理區(qū)2和再制造工作區(qū)3相連通，通過空氣循環(huán)流體實(shí)現(xiàn)回收砂粒和粉塵。無損檢測區(qū)5內(nèi)安裝有顯微硬度計(jì)51、涂層測厚儀52和裂紋無損檢測儀53，以實(shí)現(xiàn)對噴涂形成的合金涂層進(jìn)行厚度、硬度和裂紋檢測。
[0020]實(shí)施例2
某水電站導(dǎo)葉負(fù)壓面產(chǎn)生大面積魚鱗坑及邊緣溝槽狀缺陷，對其進(jìn)行現(xiàn)場增材再制造，包括以下步驟(如圖2所示):
(a)先對水輪機(jī)組導(dǎo)葉的表面進(jìn)行激光3D掃描，獲得導(dǎo)葉和缺陷的數(shù)據(jù)，通過3D建模軟件對掃描收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并與其圖紙對比，構(gòu)建導(dǎo)葉3D模型，確定缺陷尺寸(表面魚鱗坑的平均直徑約7 mm、深度可達(dá)5 mm;靠邊處形成寬3?4 mm深度約10 mm長的溝槽);將導(dǎo)葉3D模型生成切片stl文件，導(dǎo)入機(jī)械手程序，并生成修復(fù)行走路徑(可以先在計(jì)算機(jī)上模擬行走路徑，對修復(fù)過程進(jìn)行仿真)。同時(shí)根據(jù)缺陷尺寸選擇熔覆或/和噴涂的方案(當(dāng)缺陷深度小于0.4 mm時(shí)，采用超音速火焰噴涂直接修復(fù);當(dāng)缺陷深度大于0.4 mm，采用激光恪覆工藝修復(fù)將缺陷深度降低至0.4 _內(nèi)，再采用超聲波及磁粉探傷檢測覆層內(nèi)部及表層裂紋狀況，噴砂粗化處理，并采用超音速火焰噴涂在表面噴涂抗蝕功能涂層。在本實(shí)施例中，魚鱗坑明顯大于0.4 mm，因此選擇后一種方案)。采用醋酸異戊酯清洗構(gòu)件缺陷部位油漬，采用低濃度鹽酸(5-10 wt%)溶解銹斑，最后用酒精清潔表面。
[0021 ] (b)根據(jù)生成的行走路徑使得導(dǎo)葉進(jìn)行相應(yīng)的操作:在水輪機(jī)組導(dǎo)葉表面缺陷處先熔覆(3kW半導(dǎo)體激光器、2X2mm2光斑、50?200 μπι粒徑的316L不銹鋼粉末)形成不銹鋼層以填充魚鱗坑和溝槽至0.4 _內(nèi)；再采用超聲波及磁粉探傷檢不銹鋼層內(nèi)部及表層裂紋狀況，確保不銹鋼層合格后噴砂粗化處理(砂粒的粒徑為0.1?Imm);再用超音速火焰噴涂形成WC-CoCr合金涂層(丙烷流量100 slpm、氫氣流量15 81?111、空氣壓力0.9 MPa)，進(jìn)行厚度、硬度和裂紋檢測，測得合金涂層厚度為0.36 ±0.02 mm，表面硬度為HRC72，超聲波及磁粉法均未檢測到裂紋。
[0022]實(shí)施例3
本實(shí)施例提供一種上述水輪機(jī)組導(dǎo)葉進(jìn)行現(xiàn)場增材再制造的方法，其基本步驟與實(shí)施例2中的基本一致，不同的是，噴涂時(shí)的參數(shù)為:丙烷流量120 slpm，氫氣流量15 slpm，空氣壓力0.9 MPa，最終測得合金涂層厚度為0.36±0.02 mm，表面硬度為HRC75，超聲波及磁粉法均未檢測到裂紋。
[0023]實(shí)施例4
本實(shí)施例提供一種上述水輪機(jī)組導(dǎo)葉進(jìn)行現(xiàn)場增材再制造的方法，其基本步驟與實(shí)施例2中的基本一致，不同的是，噴涂時(shí)的參數(shù)為:丙烷流量140 slpm，氫氣流量25 slpm，空氣壓力1.0 MPa，最終測得合金涂層厚度為0.36 ±0.02 mm，表面硬度為HRC78，超聲波及磁粉法均未檢測到裂紋。
[0024]上述實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種水輪機(jī)組過流部件用移動增材再制造系統(tǒng)，它包括工程車箱體(I)以及安裝在所述工程車箱體(I)底部的多個車輪(8)，其特征在于:所述工程車箱體(I)內(nèi)設(shè)置有用于對水輪機(jī)組過流部件進(jìn)行清洗和噴砂的前處理區(qū)(2)、與所述前處理區(qū)(2)相鄰設(shè)置用于對水輪機(jī)組過流部件進(jìn)行噴涂和激光熔覆的再制造工作區(qū)(3)、與所述再制造工作區(qū)(3)相鄰設(shè)置用于對噴涂和激光熔覆進(jìn)行控制的制造控制區(qū)(4)以及分別與所述前處理區(qū)(2)和所述再制造工作區(qū)(3)相連通用于回收砂粒和粉塵的回收區(qū)(6)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水輪機(jī)組過流部件用移動增材再制造系統(tǒng)，其特征在于:它還包括與所述制造控制區(qū)(4)相鄰設(shè)置的無損檢測區(qū)(5)，所述無損檢測區(qū)(5)內(nèi)安裝有顯微硬度計(jì)(51)、涂層測厚儀(52)和裂紋無損檢測儀(53)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水輪機(jī)組過流部件用移動增材再制造系統(tǒng)，其特征在于:它還包括安裝在所述工程車箱體(I)底部用于支撐在地面上的液壓腿(7)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水輪機(jī)組過流部件用移動增材再制造系統(tǒng)，其特征在于:所述前處理區(qū)(2 )內(nèi)依次設(shè)置有清洗模塊(21)和噴砂模塊(22 )。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水輪機(jī)組過流部件用移動增材再制造系統(tǒng)，其特征在于:所述再制造工作區(qū)(3)內(nèi)安裝有軌道組件(34)、與所述軌道組件(34)相配合的機(jī)械手(31)以及設(shè)置于所述軌道組件(34)兩側(cè)的激光3D掃描組件(35)，所述軌道組件(34)上搭配有超音速火焰噴涂噴槍(32)和激光熔覆噴槍(33);所述制造控制區(qū)(4)還對所述激光3D掃描組件(35)進(jìn)行控制。6.—種基于權(quán)利要求1至5中任一所述水輪機(jī)組過流部件用移動增材再制造系統(tǒng)的修復(fù)方法，其特征在于，它包括以下步驟: (a)對水輪機(jī)組過流部件表面進(jìn)行清洗， (b)在所述水輪機(jī)組過流部件表面先熔覆形成不銹鋼層，再噴涂形成合金涂層即可。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述水輪機(jī)組過流部件用移動增材再制造系統(tǒng)的修復(fù)方法，其特征在于:步驟(a)中，在對所述水輪機(jī)組過流部件表面進(jìn)行清洗之前，先對其表面進(jìn)行激光3D掃描，對應(yīng)構(gòu)建3D模型，確定缺陷尺寸，隨后選擇熔覆或/和噴涂的方案。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述水輪機(jī)組過流部件用移動增材再制造系統(tǒng)的修復(fù)方法，其特征在于:步驟(b)中，熔覆形成所述不銹鋼層后進(jìn)行超聲波及磁粉裂紋檢測，并在缺陷處噴砂粗化。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述水輪機(jī)組過流部件用移動增材再制造系統(tǒng)的修復(fù)方法，其特征在于:步驟(b)中，噴涂形成所述合金涂層后對其進(jìn)行厚度、硬度和裂紋檢測。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述水輪機(jī)組過流部件用移動增材再制造系統(tǒng)的修復(fù)方法，其特征在于:步驟(a)中，采用醋酸異戊酯清洗構(gòu)件缺陷部位油漬，采用低濃度鹽酸溶解銹斑，最后用酒精清潔表面;步驟(b)中，所述砂粒的粒徑為0.1?1mm。
【文檔編號】C23C28/02GK106011726SQ201610624873
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年8月3日
【發(fā)明人】覃恩偉, 吳樹輝, 尹嵩, 魏少翀, 王博, 黃騫, 潘晨陽, 陳國星
【申請人】蘇州熱工研究院有限公司, 中廣核工程有限公司, 中國廣核集團(tuán)有限公司, 中國廣核電力股份有限公司