1.基于超音速激光沉积的钢管外壁强化喷涂设备,其特征在于,包括:固定夹紧装置,包括机架和一对相对设置的管外壁夹紧机构,所述机架具有相对的前部和后部,所述前部和所述后部均具有两对端,其中所述后部的两对端各安装一套管外壁夹紧机构;所述管外壁夹紧机构包括扩展臂、夹紧臂、液压推杆以及夹紧轮组件,所述扩展臂一端与所述机架后部相应的对端固定连接,另一端与所述夹紧臂的上端铰接;所述液压推杆的底部与所述扩展臂铰接,所述液压推杆的伸缩端与所述夹紧臂铰接,用于调整夹紧臂与扩展臂之间的夹角以适应不同尺寸的钢管;所述夹紧轮组件可滑动地安装于所述夹紧臂面向钢管外壁的端面上;
转向装置,设置于所述机架的前部,包括转向组件和一对相对设置的辅助臂,所述转向组件设置于所述机架的前部,包括转向臂和转向轮,所述转向臂的顶部与所述机架的前部固定连接,所述转向臂的底部安装用于接触钢管外壁的转向轮;所述辅助臂的顶部与所述前部相应的对端固定连接,所述辅助臂的底部设有接触钢管外壁的滚轮;
以及至少一套喷涂装置,设置于管外壁夹紧机构与转向装置之间,包括激光器、喷粉枪和驱动装置,所述驱动装置包括支撑板和驱动器,所述支撑板竖向悬装于所述机架的底部,并且所述支撑板上设有圆弧轨道;所述驱动器可滑动地安装于所述圆弧轨道上,并沿圆弧轨道做周向转动;所述激光器和所述喷粉枪均设置在相应的驱动器上,并且所述激光器和所述喷粉枪均对准钢管的外壁。
2.如权利要求1所述的基于超音速激光沉积的钢管外壁强化喷涂设备,其特征在于:所述机架为一“土”字型或类“土”字型支架。
3.如权利要求2所述的基于超音速激光沉积的钢管外壁强化喷涂设备,其特征在于:所述夹紧轮组件包括滑块和至少一组夹紧轮,所述夹紧轮通过滑块可滑动地安装于所述夹紧臂面向钢管外壁的端面上。
4.如权利要求3所述的基于超音速激光沉积的钢管外壁强化喷涂设备,其特征在于:所述激光器为矩形激光器,用于激光清洗、软化钢管外壁以及软化喷涂粉末。
5.如权利要求4所述的基于超音速激光沉积的钢管外壁强化喷涂设备,其特征在于:所述喷粉枪出粉口为拉瓦尔喷嘴,出口形状为矩形。
6.如权利要求5所述的基于超音速激光沉积的钢管外壁强化喷涂设备,其特征在于:所述转向轮为万向轮,用于实现整个涂层沉积设备在钢管外壁的径向移动和周向移动。
7.利用权利要求6所述的基于超音速激光沉积的钢管外壁强化喷涂设备的工艺方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)涂层沉积设备自检,检测管外壁夹紧机构、转向装置以及喷涂装置是否运行正常;
2)根据钢管材质选择喷涂粉末,对设备进行参数设置,调整好载气压力、载气流量、载气预热温度和送粉气流速度;
3)根据钢管外径大小,调节夹紧臂张开大小和张开角度,使其夹紧钢管的外壁;
4)根据钢管材质和粉末材质,设置激光器的功率;调整激光器射出的光斑和喷粉枪喷出的粉斑位置,使得粉斑位于光斑之内;
5)激光器和喷粉枪在驱动器驱动下沿着圆弧轨道滑动,从而对钢管外壁壁进行喷涂制备强化涂层,直至完成整个钢管的喷涂工作。
8.如权利要求7所述的工艺方法,其特征在于:步骤2)中,喷涂的载气是空气、氮气或和氦气,载气压力范围为0.5~5Mpa,预热温度范围为25~1000℃,送粉转速范围0~10r/min,粉末粒径范围为15~53μm,粉末形状为球形或不规则形状。
9.如权利要求7所述的工艺方法,其特征在于:步骤4)中,喷涂材料是有色金属、Fe基、Ni基、Co基及其复合材料和陶瓷等非金属材料,涂层厚度为50~400μm。
10.如权利要求7所述的工艺方法,其特征在于:步骤5)中,激光器和喷粉枪从喷涂起始处开始环绕钢管外壁进行涂层强化制备,之后整个装置沿着管壁旋转,激光器和喷枪再对着剩下区域进行涂层制备,当完成一圈涂层制备后,整个设备向前移动完成下一圈工作,如此反复直至完成喷涂强化。