基于超音速激光沉积的隔离开关表面修复强化方法及装置

1.本发明涉及高压隔离开关表面修复技术领域，尤其涉及一种基于超音速激光沉积的隔离开关表面修复强化方法及装置。


背景技术：

2.随着电力系统容量的持续增加，隔离开关正在向高电压、大容量、小型化方向发展。而电力系统中保有量最大的设备-隔离开关的正常运行对电力系统的稳定运行具有非常关键的作用。
3.高压隔离开关是电力系统中使用量最大、应用范围最广的高压开关设备。目前变电站大部分使用的高压隔离开关仍为敞开式，触头多在户外，运行条件恶劣，大部分组件基本裸露，长期受到外界环境和气候的影响，因此在隔离开关长期运行的情况下容易出现不同程度的氧化、触头表面变黑、锈蚀、裂纹、镀层脱落、触头变形等情况，造成触头接触电阻过大、发热影响触头工作性能，继而影响整个线路的可靠性供电和电网的安全稳定运行。
4.目前，常用的金属材料表面修复和改性技术包括激光熔覆、热喷涂(火焰喷涂、等离子喷涂、高速氧燃料火焰喷涂等)、冷喷涂、化学/物理气相沉积、电镀等。
5.激光熔覆和热喷涂属于高热输入技术，在涂层制备过程中需要将基体材料和涂层材料熔化，热影响大，会导致材料相变、分解、氧化等不良影响，此外，cu基材料对激光具有较高的反射率，因此采用激光熔覆不适宜在cu基材料表面进行改性。冷喷涂是一种依靠材料塑性变形实现沉积的低热输入技术，可以有效避免上述的热致不良影响，但其结合强度以及致密性不如激光熔覆涂层。化学/物理气相沉积制备涂层效率较低，涂层厚度有限。电镀则存在污染环境、镀层与基体结合力差等问题。


技术实现要素：

6.本发明实施例提供一种基于超音速激光沉积的隔离开关表面修复强化方法及装置，以解决现有技术高压隔离开关修复过程中存在的涂层致密性较差、涂层结合强度不高、修复范围小和修复效率低等问题。
7.第一方面，提供一种基于超音速激光沉积的隔离开关表面修复强化方法，包括：
8.设置激光器和喷枪的参数；
9.控制所述激光器和所述喷枪按照预设路径移动，并控制所述激光器向高压隔离开关表面发射激光，控制所述喷枪在所述激光器照射后的位置喷涂粉末以在所述高压隔离开关表面上形成涂层；
10.其中，所述参数包括：所述喷枪的喷涂距离为5～32mm，所述喷枪和所述激光器的扫描速度均为5～30mm/s，所述激光器的功率为0～2000w。
11.第二方面，提供一种应用于如第一方面实施例所述的基于超音速激光沉积的隔离开关表面修复强化方法的高压隔离开关表面修复强化装置，包括：修复强化组件，所述修复强化组件包括：底板、工作台、横向支撑架、竖向支撑架、延伸架、安装轴、喷枪和激光器；
12.所述工作台可前后移动地设置在所述底板上，所述横向支撑架固定设置在所述底板上，并与所述底板隔有间距，所述竖向支撑架可左右移动地设置在所述横向支撑架上，所述延伸架的一端可上下移动地设置在所述竖向支撑架上，所述延伸架的另一端连接所述安装轴，所述喷枪和所述激光器可转动地连接所述安装轴。
13.这样，本发明实施例是一种无污染的环保型表面修复技术，可以快速对高压隔离开关表面进行修复强化，显著改善高压隔离开关的氧化、触头表面变黑、锈蚀、裂纹、镀层脱落等问题，获得高质量的涂层；能够实现不同材料的涂层连续多层搭接，多层涂层之间结合强度高，性能优越；还能够实现不同喷涂面的多道同时喷涂，喷涂作业面广，效率显著提高；该装置能够快速实现喷涂方式的转变，其灵活多变的工作方式适合多变的工件表面。
附图说明
14.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
15.图1是本发明实施例的基于超音速激光沉积的隔离开关表面修复强化方法的流程图；
16.图2是本发明实施例的不同喷涂距离下制备的涂层截面形貌示意图，其中，(a)10mm；(b)15mm；(c)20mm；
17.图3是本发明实施例的不同扫描速度下制备的涂层截面形貌示意图，其中，(a)10mm/s；(b)20mm/s；(c)30mm/s；
18.图4是本发明实施例的不同激光器的功率下制备的涂层截面形貌示意图，其中，(a)400w；(b)600w；(c)800w；(d)1000w；
19.图5是本发明实施例的涂层的厚度和宽度随激光器的功率的变化规律示意图；
20.图6是本发明实施例的不同激光器的功率下制备的涂层表面形貌示意图，其中，(a，b)400w；(c，d)600w；(e，f)800w；(g，h)1000w；
21.图7是本发明实施例的隔离开关表面修复强化装置的修复强化组件的立体图；
22.图8是本发明实施例的隔离开关表面修复强化装置的修复强化组件的俯视图；
23.图9是本发明实施例的隔离开关表面修复强化装置的修复强化组件的侧视图；
24.图10是本发明实施例的隔离开关表面修复强化装置的喷枪和激光器的立体图一；
25.图11是本发明实施例的隔离开关表面修复强化装置的喷枪和激光器的立体图二；
26.图12是本发明实施例的隔离开关表面修复强化装置的立体图一；
27.图13是本发明实施例的隔离开关表面修复强化装置的立体图二；
28.图14是本发明实施例的隔离开关表面修复强化装置的作业示意图；
29.图15是图14中a处的放大图。
具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发
明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.本发明实施例公开了一种基于超音速激光沉积的隔离开关表面修复强化方法。具体的，如图1所示，该方法包括如下的步骤：
32.步骤s1：设置激光器和喷枪的参数。
33.其中，参数包括：喷枪的喷涂距离为5～32mm，喷枪和激光器的扫描速度均为5～30mm/s，激光器的功率为0～2000w。激光器的参数可根据需软化的材质确定。
34.步骤s2：控制激光器和喷枪按照预设路径移动，并控制激光器向高压隔离开关表面发射激光，控制喷枪在激光器照射后的位置喷涂粉末以在高压隔离开关表面上形成涂层。
35.高压隔离开关的材质一般为铜锆合金。激光器用于预热软化基体，喷枪用于喷涂，在预热软化后的基体上喷涂更有利于涂层与基体的结合。在预设路径上，激光器发射的光斑位于喷枪喷涂的粉斑的前方，且激光器发射的光斑和喷枪喷涂的粉斑部分重合。
36.此外，根据粉末的性质可对相应参数进行设置，具体如下：粉末的送粉转速为0～30g/min，粉末粒径为15～50μm，粉末形状是球形或不规则形状。粉末烘干温度为120℃，真空烘干。喷枪喷涂的过程中伴随载气，载气包括如下的至少一种：空气、氮气和氦气，载气的压力为0～5mpa，载气的预热温度为0～1000℃。
37.搭接距离(即相邻部分重合的两道涂层的中心线之间的距离)为1～4mm。最终形成的每层涂层的平均厚度为20～300μm。
38.此外，步骤s1之前，该方法还包括：
39.采用al2o3喷砂材料对高压隔离开关表面进行喷砂粗化预处理。
40.其中，al2o3喷砂材料的粒径为5～200目。
41.此外，步骤s1之前，该方法还包括：
42.采用行星球磨机对粉末进行球磨处理。
43.其中，行星球磨机的转速为0～2500rpm，球磨时间为1～24h，球料比为1～30:1。球磨可在惰性气体保护下进行。球磨后的粉末进行筛分得到粒径均匀的粉末。
44.本发明实施例的粉末可选择如下的至少一种：wc粉末、ss316l粉末、cu粉末、fe粉末、ni粉末和co粉末，即可以单一的一种粉末，也可以是至少两种粉末的复合材料。
45.上述的参数可根据不同喷涂粉末的性质特点进一步选择。通过选择上述相关参数，可使喷涂效果最好。特别是喷涂距离、扫描速度和激光器的功率对喷涂效果的影响较为显著。下面对选择上述喷涂距离、扫描速度和激光器的功率的原因进行阐述。
46.以wc喷涂到高压隔离开关表面为例，具体工艺参数如表1所示。
47.表1超音速激光沉积wc涂层工艺参数
[0048][0049]
具体的，对于喷枪的喷涂距离，基于超音速激光沉积的喷涂过程中，粉末颗粒需要在工作载气的携带下通过喷枪加速到其临界撞击速度以上才能实现有效沉积。工作载气在基体表面会产生激波现象，颗粒在到达基体之前必须穿过激波区，这会导致喷涂颗粒的撞击速度降低，特别是在低压冷喷涂的过程中，激波对粉末速度的影响更加明显。由于激波的形成与喷涂距离密切相关，因此，本发明实施例在保持其他工艺参数不变的情况下，研究喷涂距离对涂层宏观形貌的影响规律。
[0050]
图2为不同喷涂距离下制备的涂层(对应表1中的样品a-c)的截面形貌以及涂层/基体界面结合形貌。通过图像分析软件对不同涂层的峰值厚度进行测量对比，结果表明喷涂距离为10mm、15mm、20mm时，涂层的峰值厚度分别为306.31μm，267.64μm、188.17μm。从图2中还可以发现，当喷涂距离为15mm时，涂层的形貌以及涂层/基体之间的界面结合最好；当喷涂距离为20mm时，涂层与基体的界面结合区有明显的间隙存在，这是由于随着喷涂距离的增加，粉末要穿越较长距离的激波区，减速效果更严重，使得粉末撞击到基板时的速度降低，与基体的结合效果下降；随着喷涂距离的减小，粉末颗粒的撞击速度受激波的影响减弱，因此，大部分颗粒能够实现有效沉积，沉积效率增加，表现为涂层厚度逐渐增加。但当喷涂距离过近时(10mm)，涂层表面出现了许多凹坑，这是由于涂层表面距喷嘴出口较近，从喷嘴中喷出的高速工作载气对涂层表面结合较弱的颗粒有较强的冲刷力，会导致这些位置的颗粒脱落，从而留下了许多凹坑。值得注意的是，在喷涂距离20mm的涂层表面同样观察到了凹坑的存在，这是因为在该喷涂距离下，颗粒的撞击速度受激波的影响较为显著，沉积涂层中的颗粒结合力较弱，即使在较弱的气流冲击下也会出现脱落现象，从而出现凹坑的现象。因此综合涂层的厚度(沉积效率)以及表面平整等因素，本发明实施例的喷涂距离确定为5～30mm，最优的喷涂距离为15mm。
[0051]
具体的，对于喷枪的扫描速度，在超音速激光沉积喷涂涂层过程中对涂层的成形形貌也会产生影响。随着扫描速度的变化，基体表面单位时间、单位面积上粉末输送量会发生改变，从而造成涂层截面形貌发生变化。此外，扫描速度还会影响激光与基体/粉末的相互作用时间，当扫描速度过慢时，激光与基体以及粉末的相互作用时间较长，对粉末的氧化
程度以及涂层中的孔隙率都有很大影响；而当扫描速度过快时，激光与基体以及粉末的相互作用时间较短，对粉末以及基体的加热软化作用有限，会影响粉末的有效沉积(即沉积效率)，因此在保持15mm的最优喷涂距离基础上，对不同扫描速度进行了优化研究。
[0052]
图3为不同扫描速度下(对应表1中的样品c-d)制备的wc涂层截面形貌和涂层/基体界面结合形貌图。从图3可以发现，随着扫描速度由10mm/s逐渐增加至30mm/s时，涂层峰值厚度分别为267.64μm、214.11μm和128.93μm，呈逐渐下降的趋势。扫描速度为10mm/s(样品c)和20mm/s(样品d)时，涂层表面有明显的起伏现象(凹坑)，而当扫描速度为30mm/s(样品e)时，涂层表面变得相对平整。此外，在扫描速度为10mm/s的涂层内部以及涂层/界面结合区域可以观测到明显的孔隙，而扫描速度为20mm/s和30mm/s的涂层内部则具有相对较好的致密性和涂层/界面结合状态。
[0053]
在激光与材料的相互作用过程中，激光的输出功率(p)和激光光斑直径(d)决定了激光的功率密度(p)，即：
[0054][0055]
激光扫描速度(v)和激光光斑直径(d)则决定了激光与材料的相互作用时间，即：
[0056][0057]
结合上述两个方程可计算出激光与材料相互作用的能量密度(e)，即：
[0058][0059]
从上式可以看出，在相同的激光功率和光斑直径下，激光与材料相互作用的能量密度与扫描速度成反比。由此可以推出，样品e(扫描速度为30mm/s)与激光相互作用的能量密度仅为样品c(扫描速度为10mm/s)的1/3。在样品e对应的扫描速度下，粉末颗粒和基体受激光辐照软化的效应远低于样品c，粉末颗粒能够实现有效沉积的比例较低，表现为涂层厚度的降低(即沉积效率降低)。但是，当扫描速度较慢时，激光以及工作载气与涂层的相互作用时间较长，这样会带来两个不利影响：一是长时间的激光辐照会使涂层中的材料发生烧蚀作用，从而留下孔隙(如图3(a)所示)；另一个是较强的工作载气会使涂层表面结合较弱的颗粒脱落，留下凹坑，形成起伏的表面特征，如图3(a)和(b)所示。综合涂层的孔隙率、界面结合以及表面平整等因素，确定扫描速度为5～30mm/s，最优的扫描速度为30mm/s。
[0060]
对于激光器的功率，在基于超音速激光沉积的喷涂工艺过程中，激光的作用是加热软化沉积粉末和基体材料，提高两者的塑性变形能力，在此过程中要避免材料的熔化、烧蚀以及相变等不利现象，因此，激光器的功率的正确选择是非常关键的一个工艺优化过程。本试验在保持最优喷涂距离(15mm)和扫描速度(30mm/s)的条件下，通过调变激光功率制备了不同的wc涂层。图4为不同激光器的功率下制备的wc涂层(对应表1中的样品e-h)的截面形貌和涂层/基体界面结合形貌图。从图4中可以看出，当激光器的功率为400w时，涂层的峰值厚度为101.69μm；当激光器的功率逐渐升高至600w和800w时，涂层的峰值厚度分别增至129.93μm和191.75μm；当激光器的功率进一步升高至1000w时，涂层的峰值厚度不增反减，降至106.49μm。对涂层/基体界面结合的分析发现，不同激光器的功率制备的涂层均具有良好的界面结合效果，但当激光器的功率增加至1000w时，在界面结合区会发现少部分因烧蚀
产生的孔隙。前期的优化试验表明单一低压冷喷涂(激光器的功率为0w)，或者激光器的功率过低时，粉末的沉积效率很低，这是因为粉末颗粒只有达到其临界沉积速度才能实现有效沉积，而粉末临界沉积速度的经验公式如下所示：
[0061][0062][0063]
其中，σ为与温度相关的屈服强度，mpa；σ
uts
为粉末的极限强度，mpa；ρ为粉末的密度，g/cm3；c
p
为粉末的比热容，j/(kg
·
℃)；tm为粉末熔点，℃；t
p
为粉末颗粒碰撞时的初始温度，℃；t
ref
为参考温度(通常取室温)，℃；a，b为常数。
[0064]
根据上述两式可知，通过提高粉末颗粒撞击基体前的初始温度，可以减小其强度(提高塑性变形能力)以及降低临界沉积速度。将激光与冷喷涂耦合，激光束的辐照会对粉末颗粒进行加热，使得粉末的初始温度升高，同时由于加热软化的作用降低了粉末的极限强度，从而降低了粉末的临界沉积速度。此外，激光对沉积区域材料进行同步辐照，使得已沉积的涂层被快速加热软化，软化的沉积涂层将减少颗粒的反弹现象，促进粉末颗粒的沉积。因此激光可以极大地提高粉末的沉积效率。
[0065]
图5为超音速激光沉积喷涂wc涂层的厚度和宽度随激光器的功率的变化规律。从图5中可以看出，沉积层的厚度和宽度都呈现先增加后减小的规律。这是因为当激光器的功率由400w逐渐增加到800w时，粉末软化程度和初始温度增加，粉末沉积效率提高，所以涂层厚度和宽度增加，且在800w时达到最高值。但随着激光器的功率继续增加到1000w时，涂层厚度和宽度反而减小，这是由于激光功率过高时，喷涂粉末发生氧化，使得粉末颗粒塑性变形能力下降，导致临界沉积速度提高，沉积效率降低。
[0066]
图6为不同激光器的功率下制备的wc涂层的表面形貌，其中(a，b)激光器的功率为400w，(c，d)激光器的功率为600w，(e，f)激光器的功率为800w，(g，h)激光器的功率为1000w。
[0067]
从左侧的涂层表面低倍显微形貌图中可以看出，随着激光器的功率的逐步增加，涂层表面起伏趋于平缓，表面的凹坑数量和深度明显减少；从右侧高倍形貌图6(b)可以发现，激光器的功率较小时，粉末软化程度不大，因此涂层表面存在大量完整的颗粒状粉末。而随着激光器的功率的逐渐增加，涂层表面完整颗粒状的粉末越来越少，这是由于激光对粉末的软化作用增强，使得粉末颗粒塑性变形程度增加，沉积的颗粒间相互结合更好，涂层表面形貌也变平整。但激光器的功率过高会导致粉末烧蚀，因此图6(e)激光器的功率为800w制备的涂层表面形貌中出现了较大的孔洞。如前所述，喷涂粉末发生氧化，使得粉末不易塑性变形沉积，因此图6(h)激光器的功率为1000w时涂层表面存在许多不易变形的完整颗粒状粉末。
[0068]
因此，综合上述的分析，激光器的功率为0～2000w，最优的激光器的功率为800w。对于三个激光器，根据各自针对的粉末的性质及功能进一步优化各自的功率范围。
[0069]
在一优选的实施例中，喷枪的喷涂距离为15mm，喷枪和激光器的扫描速度为30mm/s，激光器的功率为800w。
[0070]
优选的，本发明实施例的激光器包括：第一激光器、第二激光器和第三激光器。喷
枪包括：第一喷枪、第二喷枪和第三喷枪。这样可以进行涂层的组合喷涂。
[0071]
具体的，本发明一优选实施例的第一激光器用于向高压隔离开关表面发射激光形成光斑，能够清洗高压隔离开关表面上的污渍，同时软化高压隔离开关表面，促进粉末嵌入基体；第一喷枪用于在第一激光器照射后的位置喷涂粉末以在高压隔离开关表面上形成第一层涂层，即在预设路径上第一激光器发射出的光斑位于第一喷枪喷涂的粉斑前方，且光斑与粉斑部分重合。第二激光器用于向第一层涂层发射激光形成光斑，能够软化第一层涂层，促进第二种粉末嵌入第一层涂层；第二喷枪用于在第二激光器照射后的位置喷涂粉末以在第一层涂层上形成第二层涂层，即在预设路径上第二激光器发射出的光斑位于第二喷枪喷涂的粉斑前方，且光斑与粉斑部分重合。第三喷枪用于向第二层涂层发射激光形成光斑，能够软化第二层涂层，促进第三种粉末嵌入第二层涂层；第三喷枪用于在第三激光器照射后的位置喷涂粉末以在第二层涂层上形成第三层涂层，即在预设路径上第三激光器发射出的光斑位于第三喷枪喷涂的粉斑前方，且光斑与粉斑部分重合。该优选实施例的粉末至少是两种不同的粉末。例如，第一喷枪喷涂的粉末为wc粉末，第二喷枪喷涂的粉末为ss316l粉末，第三喷枪喷涂的粉末为cu粉末。这样可以完成三层不同涂层的喷涂。针对该优选的实施例，第一喷枪的喷涂距离为5～30mm，基于高压隔离开关的材质，第一激光器的功率为0～1000w；第二喷枪的喷涂距离为6～31mm，基于第一层涂层的材质，第二激光器的功率为0～1500w；第三喷枪的喷涂距离为7～32mm，基于第二层涂层的材质，第三激光器的功率为0～2000w。应当理解的是，第一喷枪的喷涂距离为第一喷枪的出口与高压隔离开关表面之间的距离。第二喷枪的喷涂距离为第二喷枪的出口与第一涂层之间的距离。第三喷枪的喷涂距离为第三喷枪的出口与第二涂层之间的距离。
[0072]
具体的，本发明另一优选实施例中，并排设置的第一激光器、第二激光器和第三激光器用于同时照射高压隔离开关表面，并排设置的第一喷枪、第二喷枪和第三喷枪用于分别在第一激光器、第二激光器和第三激光器照射后的位置喷涂粉末以在高压隔离开关表面上同时形成三道涂层，即第一激光器和第一喷枪的出口位于第一条喷涂面上，第二激光器和第二喷枪的出口位于第二条喷涂面上，第三激光器和第三喷枪的出口位于第三条喷涂面上，在预设路径上，激光器的光斑在对应的喷枪的粉斑的前方，并且光斑与对应的粉斑部分重合。这样可以完成同一涂层的多道同时喷涂，提高喷涂效率。激光器发射出的光斑能够清洗高压隔离开关表面上的污渍，同时软化高压隔离开关表面，促进粉末嵌入基体。三个喷枪的喷涂距离均为5～30mm。三个激光器的功率均为0～1000w。
[0073]
本发明实施例公开了一种基于超音速激光沉积的隔离开关表面修复强化装置。如图7～15所示，该装置包括如下的结构：底板2、工作台3、横向支撑架4、竖向支撑架5、延伸架6、安装轴7、喷枪和激光器。工作台3的上表面放置高压隔离开关1。高压隔离开关1一般呈“u”型，根据高压隔离开关1的形状、重量和尺寸，选择适合的顶针或托架配合卡盘加持以将高压隔离开关1安装在工作台3上。喷枪连接有外部送粉设备。
[0074]
工作台3可前后移动地设置在底板2上。横向支撑架4固定设置在底板2上。横向支撑架4与底板2平行，并与底板2隔有间距，具体可通过底板2上设置的两个三角支杆分别支撑横向支撑架4的左右两端。竖向支撑架5可左右移动地设置在横向支撑架4上。延伸架6的一端可上下移动地设置在竖向支撑架5上。延伸架6的另一端连接安装轴7。喷枪和激光器可转动地连接安装轴7。本发明实施例所述的前后指的是图8所示的上下方向，左右指的是图8
所示的左右方向，下文不再赘述。
[0075]
通过激光器进行软化预热，通过喷枪进行喷涂，并且通过工作台3、竖向支撑架5和延伸架6的移动使得喷枪和激光器沿预设路径移动，完成对整个高压隔离开关1的喷涂。
[0076]
其中，喷枪包括：第一喷枪8、第二喷枪9和第三喷枪10。激光器包括：第一激光器11、第二激光器12和第三激光器13。第一喷枪8和第一激光器11可转动地连接安装轴7的前侧。第二喷枪9和第二激光器12可转动地连接安装轴7的左侧。第三喷枪10和第三激光器13可转动地连接安装轴7的右侧。三个激光器可以处于同一直线上，三个喷枪可以处于同一直线上，进行多层连续涂层搭接，形成复合层涂层；三个激光器可以相互呈一定角度，三个喷枪可以相互呈一定角度，实现快速多道同时喷涂。
[0077]
具体的，底板2的中部开设通口14。通口14内设置两个第一滑道15和一个第一丝杠16。每一第一滑道15的两端分别固定连接通口14的前后两个侧表面。第一丝杠16的两端分别可转动地连接通口14的前后两个侧表面，两个第一滑道15对称分布在第一丝杠16的两侧。第一丝杠16的一端连接第一电机17的输出轴。第一电机17安装在底板2的前侧表面或后侧表面。第一丝杠16上啮合套设第一滑块。第一滑块的数量可根据实际情况确定，多个第一滑块间隔均匀分布。每一第一滑道15上设置可滑动的第二滑块18。每一第一滑道15上的第二滑块18的数量可根据实际情况确定，每一第一滑道15上的多个第二滑块18间隔均匀分布。工作台3设置在第一滑块和第二滑块18上。
[0078]
第一电机17启动带动第一丝杠16转动，使第一滑块移动，带动工作台3移动，第二滑块18在第一滑道15上移动，进一步辅助工作台3移动，以实现高压隔离开关1在前后方向上移动，从而激光器和喷枪在前后方向上作业。
[0079]
具体的，横向支撑架4的前侧表面设置第一凹槽。第一凹槽内设置两个第二滑道19和一个第二丝杠20。每一第二滑道19的两端分别固定连接第一凹槽的左右两个侧表面。第二丝杠20的两端分别可转动地连接第一凹槽的左右两个侧表面。两个第二滑道19对称分布在第二丝杠20的两侧。第二丝杠20的一端连接第二电机21的输出轴。第二电机21安装在横向支撑架4的左侧表面或者右侧表面。第二丝杠20上啮合套设第三滑块。第三滑块的数量可根据实际情况确定，多个第三滑块间隔均匀分布。每一第二滑道19上设置可滑动的第四滑块22。每一第二滑道19上的第四滑块22的数量可根据实际情况确定，每一第二滑道19上的多个第四滑块22间隔均匀分布。竖向支撑架5设置在第三滑块和第四滑块22上。
[0080]
第二电机21启动带动第二丝杠20转动，使第三滑块移动，带动竖向支撑架5移动，第四滑块22在第二滑道19上移动，进一步辅助竖向支撑架5移动，以实现激光器和喷枪在左右方向上移动，从而激光器和喷枪可在左右方向上对高压隔离开关1作业。
[0081]
具体的，竖向支撑架5的前侧表面固定设置两个沿竖向延伸的第三滑道23。竖向支撑架5的前侧表面的上端和下端分别设置两个支撑板24。两个支撑板24分别连接可转动的第三丝杠25的两端。两个第三滑道23对称分布在第三丝杠25的两侧。第三丝杠25的一端连接第三电机26的输出轴。第三电机26安装在竖向支撑架5的前侧表面上，竖向支撑架5上可设置安装板，第三电机26安装在安装板上。第三丝杠25上啮合套设第五滑块。第五滑块的数量可根据实际情况确定，多个第五滑块间隔均匀分布。每一第三滑道23上设置可滑动的第六滑块27。每一第三滑道23上的第六滑块27的数量可根据实际情况确定，每一第三滑道23上的多个第六滑块27间隔均匀分布。延伸架6设置在第五滑块和第六滑块27上。
[0082]
第三电机26驱动第三丝杠25转动，使第五滑块移动，带动延伸架6移动，第六滑块27在第三滑道23上移动，进一步辅助延伸架6移动，以实现激光器和喷枪在上下方向上移动，从而调整激光器和喷枪与高压隔离开关1的距离。
[0083]
具体的，安装轴7上套设可在安装轴7的前侧转动的第一安装架28。第一安装架28的前侧表面安装第一喷枪8。第一安装架28的底面安装第一激光器11。
[0084]
具体的，安装轴7上套设可在安装轴7的左侧转动的第二安装架29。第二安装架29的左侧表面安装第二喷枪9。第二安装架29的底面安装第二激光器12。
[0085]
具体的，安装轴7上套设可在安装轴7的右侧转动的第三安装架30。第三安装架30的右侧表面安装第三喷枪8。第三安装架34的底面安装第三激光器13。
[0086]
第一安装架28绕安装轴7转动可实现第一喷枪8和第一激光器11的转动。第二安装架29绕安装轴7转动可实现第二喷枪9和第二激光器12的转动。第三安装架30绕安装轴7转动可实现第三喷枪10和第三激光器13的转动。
[0087]
此外，该装置还包括：外壳31。修复强化组件位于外壳31内。外壳31的一侧壁设置有可打开和关闭的门32，以便进行观察。外壳31不仅可对修复强化组件进行保护，还可防止喷涂过程中产生的粉尘扩散以避免破坏环境。
[0088]
此外，该装置还包括：抽风机33和集粉盒34。外壳31上设置有第一连通口。第一连通口的数量与抽风机33的数量相同。抽风机33连通第一连通口和集粉盒34。启动抽风机33抽风可将喷涂过程产生的粉末收集到集粉盒34中，避免粉尘散布影响环境。
[0089]
此外，该修复装置还包括：气罐35。外壳31上设置有第二连通口。一般的，第一连通口和第二连通口可分别设置在外壳31的相对的两侧壁上。气罐35的管道穿过第二连通口与喷枪连接。气罐35的数量可根据实际需求确定。气罐35中存储有高压惰性气体，可在喷枪喷涂时通过气体辅助送粉。载气可进行预热。
[0090]
实施例1
[0091]
实施例1为喷涂三层涂层模式，即第一喷枪用于喷涂第一层涂层，第二喷枪用于喷涂第二层涂层，第三喷枪用于喷涂第三层涂层。第一喷枪的喷涂距离为15mm，第二喷枪的喷涂距离为15.2mm，第三喷枪的喷涂距离为15.4mm。第一激光器的功率为1000w，第二激光器的功率为1500w，第三激光器的功率为2000w，扫描速度均为30mm/s。光斑大小为8mm，粉斑大小为5mm。第一喷枪喷涂的粉末为wc粉末，第二喷枪喷涂的粉末为ss316l粉末，第三喷枪喷涂的粉末为cu粉末。载气为氮气，第一喷枪的载气的压力为1.5mpa，第二喷枪的载气的压力为2mpa，第三喷枪的载气的压力为2.5mpa，载气的预热温度为800℃。送粉转速为5g/min。最终形成的涂层平均总厚度为382μm。
[0092]
实施例2
[0093]
实施例2为喷涂三道涂层模式，即第一喷枪、第二喷枪和第三喷枪并排同时喷涂。三个喷枪与高压隔离开关表面的距离均为15mm。三个激光器的功率均为1000w，扫描速度均为30mm/s。光斑大小为8mm，粉斑大小为5mm。喷涂的粉末为cu粉。载气为氮气，载气的压力为2mpa，载气的预热温度为600℃。送粉转速为5g/min。最终形成的涂层平均总厚度为194μm。
[0094]
综上，本发明实施例是一种无污染的环保型表面修复技术，可以快速对高压隔离开关表面进行修复强化，显著改善高压隔离开关的氧化、触头表面变黑、锈蚀、裂纹、镀层脱落等问题，获得高质量的涂层；能够实现不同材料的涂层连续多层搭接，多层涂层之间结合
强度高，性能优越；还能够实现不同喷涂面的多道同时喷涂，喷涂作业面广，效率显著提高；该装置能够快速实现喷涂方式的转变，其灵活多变的工作方式适合多变的工件表面。
[0095]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种基于超音速激光沉积的隔离开关表面修复强化方法，其特征在于，包括：设置激光器和喷枪的参数；控制所述激光器和所述喷枪按照预设路径移动，并控制所述激光器向高压隔离开关表面发射激光，控制所述喷枪在所述激光器照射后的位置喷涂粉末以在所述高压隔离开关表面上形成涂层；其中，所述参数包括：所述喷枪的喷涂距离为5～32mm，所述喷枪和所述激光器的扫描速度均为5～30mm/s，所述激光器的功率为0～2000w。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光器包括：第一激光器、第二激光器和第三激光器，所述喷枪包括：第一喷枪、第二喷枪和第三喷枪；所述第一激光器用于向所述高压隔离开关表面发射激光形成光斑，所述第一喷枪用于在所述第一激光器照射后的位置喷涂粉末以在所述高压隔离开关表面上形成第一层涂层；所述第二激光器用于向所述第一层涂层发射激光形成光斑，所述第二喷枪用于在所述第二激光器照射后的位置喷涂粉末以在所述第一层涂层上形成第二层涂层；所述第三喷枪用于向所述第二层涂层发射激光形成光斑，所述第三喷枪用于在所述第三激光器照射后的位置喷涂粉末以在所述第二层涂层上形成第三层涂层；其中，所述第一喷枪的喷涂距离为5～30mm，所述第一激光器的功率为0～1000w；所述第二喷枪的喷涂距离为6～31mm，所述第二激光器的功率为0～1500w；所述第三喷枪的喷涂距离为7～32mm，所述第三激光器的功率为0～2000w。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光器包括：第一激光器、第二激光器和第三激光器，所述喷枪包括：第一喷枪、第二喷枪和第三喷枪；并排设置的所述第一激光器、所述第二激光器和所述第三激光器用于同时照射所述高压隔离开关表面，并排设置的所述第一喷枪、所述第二喷枪和所述第三喷枪用于分别在所述第一激光器、所述第二激光器和所述第三激光器照射后的位置喷涂粉末以在所述高压隔离开关表面上同时形成三道涂层。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粉末包括如下的至少一种：wc粉末、ss316l粉末、cu粉末、fe粉末、ni粉末和co粉末。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：粉末的送粉转速为0～30g/min，粉末粒径为15～50μm。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述喷枪喷涂过程中伴随的载气为如下的至少一种：空气、氮气和氦气，载气的压力为0～5mpa，载气的预热温度为0～1000℃。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设置激光器和喷枪的参数的步骤之前，所述方法还包括：采用al2o3喷砂材料对所述高压隔离开关表面进行喷砂粗化预处理；其中，al2o3喷砂材料的粒径为5～200目。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设置激光器和喷枪的参数的步骤之前，所述方法还包括：采用行星球磨机对所述粉末进行球磨处理；其中，所述行星球磨机的转速为0～2500rpm，球磨时间为1～24h，球料比为1～30:1。9.一种应用于如权利要求1～8任一项所述的基于超音速激光沉积的隔离开关表面修
复强化方法的高压隔离开关表面修复强化装置，其特征在于，包括：修复强化组件，所述修复强化组件包括：底板、工作台、横向支撑架、竖向支撑架、延伸架、安装轴、喷枪和激光器；所述工作台可前后移动地设置在所述底板上，所述横向支撑架固定设置在所述底板上，并与所述底板隔有间距，所述竖向支撑架可左右移动地设置在所述横向支撑架上，所述延伸架的一端可上下移动地设置在所述竖向支撑架上，所述延伸架的另一端连接所述安装轴，所述喷枪和所述激光器可转动地连接所述安装轴。10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述喷枪包括：第一喷枪、第二喷枪和第三喷枪，所述激光器包括：第一激光器、第二激光器和第三激光器；所述第一喷枪和所述第一激光器可转动地连接所述安装轴的前侧，所述第二喷枪和所述第二激光器可转动地连接所述安装轴的左侧，所述第三喷枪和所述第三激光器可转动地连接所述安装轴的右侧。

技术总结
本发明公开一种基于超音速激光沉积的隔离开关表面修复强化方法及装置，包括：设置激光器和喷枪的参数；控制所述激光器和所述喷枪按照预设路径移动，并控制所述激光器向高压隔离开关表面发射激光，控制所述喷枪在所述激光器照射后的位置喷涂粉末以在所述高压隔离开关表面上形成涂层；其中，所述参数包括：所述喷枪的喷涂距离为5～32mm，所述喷枪和所述激光器的扫描速度均为5～30mm/s，所述激光器的功率为0～2000W。本发明可以快速对高压隔离开关表面进行修复强化，显著改善高压隔离开关的氧化、触头表面变黑、锈蚀、裂纹、镀层脱落等问题，获得高质量的涂层。获得高质量的涂层。获得高质量的涂层。


技术研发人员：刘博 邹洪森 田凯 马磊 蒋超伟 姚建华 李波 张群莉 罗准
受保护的技术使用者：浙江工业大学 国网宁夏电力有限公司
技术研发日：2022.07.07
技术公布日：2022/11/1