[0001] 本发明涉及水下局部干法激光熔覆技术领域，具体涉及一种水下局部干法线光斑送粉激光熔覆实验系统及其使用方法。

[0002] 水下原位增材修复技术作为极端制造技术的重要组成具有节省时间和成本、提高可用性、应对紧急情况、降低物流压力和维护隐秘性等优势，是组装、维修采油平台、输油管线和海底空间站等大型海洋结构的共性关键技术，也是舰船应急修理、核电设施水下维修、海上救助等工作的必要技术手段。然而水下极端环境效应为水下增材制造技术带来了巨大挑战，所以面向海洋环境原位增材制造与修复技术和装备的研究迫在眉睫。线光斑送粉水下激光熔覆具备如下优势：将圆光斑展宽，熔覆效率高；水下环境冷却速度快，有助于形成细小的晶粒结构；能量密度高，工件变形小，且熔覆后工件内部残余应力低；激光束可以由光纤传导到水下，配合机械臂和自动化控制系统可以完成水下作业。因此，开展水下环境的激光熔覆技术研究显得十分重要。由于在真实海洋环境下进行工艺实验研究成本极高，因此开发陆地上模拟水环境激光熔覆实验系统具有重要的作用和意义。

[0003] 关于水下局部干法线光斑送粉激光熔覆的专利和文献较少，如公告号为CN111118494A，公开了“一种同步送粉水下激光熔覆制备覆层的方法以及装置”，其忽略了光斑形状对焊缝形貌、缺陷、组织的影响，该技术采用特殊送粉喷头可以完成水下局部干法线光斑送粉激光熔覆，有更高的熔覆效率和更高的熔覆精度。又如公告号为CN115261844A，公开了“一种水下湿法激光熔覆头及其熔覆方法”，其考虑水下湿法激光熔覆，该方法相较于水下局部干法有不能应用于过深水环境的劣势，而且并为考虑对整个实验系统的自动化控制。

[0004] 因此，现有的水环境激光熔覆无法应用于自动化控制的水下局部干法线光斑送粉激光熔覆，现有的水环境激光熔覆实验装置存在着非线光斑、非送粉激光熔覆、非自动化控制等缺点，从而导致水下激光熔覆稳定性差、熔覆质量差、熔覆缺陷多、熔覆过程繁琐和熔覆效率低等技术问题。

[0044] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

[0045] 请参阅图1，为本申请一实施例提供的一种水下局部干法线光斑送粉激光熔覆实验系统的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

[0046] 在其中一实施例中,一种水下局部干法线光斑送粉激光熔覆实验系统,用于水下局部法激光熔覆实验；

[0047] 包括运动系统、传输系统、控制系统和熔覆系统四个单元模块，通过将这四个单元模块合理布置和连接,搭建水环境激光熔覆实验系统,实现对固定后的待熔覆工件进行水下局部干法线光斑送粉熔覆实验。

[0048] 在其中一实施例中，运动系统包括传动器一1、传动器二2和传动器三3。

[0049] 详细的，传动器一1放置方向为x轴，负责x轴的运动，传动器二2放置方向为y轴，负责y轴的运动，传动器三3放置方向为z轴，负责z轴的运动，三组传动器两两垂直，完成三维的运动控制，并且由导线和PAC控制器6连接，受控于PAC控制器6。

[0050] 在其中一实施例中，控制系统包括为PAC控制器6，保护气电磁阀12，PAC控制器6负责控制编程，使得受控部件按照一定的逻辑顺序有序运行，受控于PAC控制器6的保护气电磁阀12的开闭控制保护气的开闭。

[0051] 在其中一实施例中，运输系统包括激光器4、水冷机5、保护气氩气瓶7、送粉气氩气瓶8、保护气气体流量计9、送粉气气体流量计10、送粉器11。

[0052] 具体地，激光器4受控于PAC控制器6，通过软管与水冷机5相连接，输出端通过光纤与熔覆系统相连接，将其产生的激光通过光纤输出到激光整形头13。送粉器11受控于PAC控制器6，通过软管与送粉气氩气瓶8相连接，并且在输出端软管加上送粉气气体流量计10，实时监控气体流量。

[0053] 在其中一实施例中，熔覆系统包括激光整形头13和送粉喷头14，激光整形头13内置的铜制平面镜和铜制积分镜将对来自光纤的高斯分布激光整形为线光斑，再垂直通过送粉喷头14的通光孔，排水喇叭口输送出的氩气创造出局部干燥空间，呈一定角度的送粉通道所运输的金属粉末汇聚于从通光孔所射出的激光的焦点处，使得金属粉末与基材熔化，最终完成熔覆。

[0054] 本申请一实施例还提供了一种水下局部干法线光斑送粉激光熔覆实验系统的使用方法，为了便于说明，仅示处了与本实施例相关的部分，详述如下：

[0055] 步骤(1)：首先将清理好的工件固定于水箱底部，其次通过软管依次连接水冷机5、激光器4和激光整形头13；用软管依次连接保护气氩气瓶7、保护气气体流量计9、电磁阀12和送粉喷头14；用软管依次连接送粉气气瓶8、送粉器11、送粉气气体流量计10和送粉喷头14，用导线依次连接PAC控制器6、传动器一1、传动器二2、传动器三3、送粉器11、保护气电磁阀12和激光器4，并且进行调试；

[0056] 步骤(2)：开启水冷机5，使得水冷机冷却水进入激光器4对激光器4进行降温，冷却水再经过激光整形头13，对激光整形头13进行降温，最后冷却水再回到水冷机5完成冷却水的一个循环。通过PAC控制器6调节三组传动器使得送粉喷头14平行于待加工工件使激光头整形13射出激光垂直于工件表面，开启激光器；

[0057] 步骤(3)：往水箱里注入水到预期深度，通过PAC控制器6控制传动器三3使得激光整形头13和送粉喷头14联合体沿Z方向工件表面移动，直至调至所需离焦量，此时可以看到工件表面有聚焦良好的指示激光；

[0058] 步骤(4)：利用PAC控制器6测试功能开启保护气电磁阀12，手动开启保护气氩气瓶7向水中通入保护气体氩气，调节保护气气体流量计9至预期保护气气流量。

[0059] 步骤(5)：利用PAC控制器6测试功能开启送粉器11，手动开启送粉气氩气瓶8向水中通入送粉气体氩气，调节送粉气气体流量计10至预期送粉气气流量。

[0060] 步骤(6):通过PAC控制器6编程调整激光熔覆参数，并控制激光器4、送粉器11、传动器一1、传动器二2、传动器三3和保护气电磁阀12有序开始工作，按照预先制定好的方案进行水下局部干法线光斑激光熔覆实验，实验过程中保持保护气氩气和送粉气氩气的持续通入，激光整形头13和送粉喷头14随着熔覆方向移动；

[0061] 步骤(7)：熔覆结束后通过PAC控制器6关闭保护气电磁阀12，并通过PAC控制器6控制传动器三3移动至Z方向最高处，关闭激光器4、送粉器11和水冷机5，手动关闭保护气氩气气瓶7和送粉气氩气瓶8，从水中取出熔覆好的工件。

[0062] 以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案,而非对其限制:尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述名实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换:而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围,均应包含在本申请的保护范围之内。