本发明涉及增材制造，尤其是涉及一种高温同步微锤锻辅助大型水轮机转轮室内壁增材修复再制造系统及方法。
背景技术：
1、水轮机转轮室为水轮机服役所处的环形空间，用于保障大型水轮机运行安全和工作效率，因水轮机长期在高压、重载、振动、腐蚀等严酷环境下服役，大型水轮机转轮室内壁钢板极易因汽蚀磨蚀发生不同形式的失效。大型水轮机转轮室内壁钢板发生失效后，通常需要停机进行检修，而在水轮机转轮室内壁服役的整个生命周期中，水电机组停机进行检修的总时长，将最终决定其经济损失，因此，研发高质量的大型水轮机转轮室内壁修复再制造方法，提升待修复转轮室内壁服役性能和寿命，具有重大的意义。
2、工程中对于大型水轮机转轮室内壁失效缺陷通常采用堆焊或增材的方式进行修复。因增材修复过程中存在剧烈的冶金反应和特殊的热边界条件，转轮室内壁修复层内通常存在大尺寸柱状晶和高水平残余拉应力，同时，大型水轮机转轮室内壁修复存在以下工程实际，即无法拆卸后进行线下修复，只能采用现场施工的方式进行修复。然而，采用现场施工的方式存在无法进行良好热处理的问题，导致水轮机转轮室内壁增材修复层普遍存在力学性能不足的问题，严重影响其最终服役性能和寿命。因此，解决现场增材修复再制造过程中修复层组织粗大和高水平残余应力问题，是实现大型水轮机转轮室内壁高质量修复的关键。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种高温同步微锤锻辅助水轮机转轮室内壁增材修复再制造系统及工艺方法，基于提出的修复再制造系统，在对水轮转轮室内壁进行增材修复再制造过程中，利用微型锻锤对增材沉积焊道进行同步高温锤击，在没有良好的焊后热处理条件下，利用高温锤击间断热塑性变形原理，解决修复层内因粗大柱状晶和高水平残余拉应力，进而解决修复层力学性能不足的问题，提升转轮室内壁服役性能。
2、为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：
3、一方面，本发明提供一种高温同步微锤锻辅助大型水轮机转轮室内壁增材修复再制造系统，所述修复再制造系统包括渗透探伤模块，前处理铣削打磨清根模块，前处理区域感应预热及温控模块，前/后处理运载及加工轨迹控制机器人，增材沉积模块，同步微锤锻模块，集成装夹与温度调控模块，增材及微锤锻运载与轨迹控制机器人，后处理铣削打磨修形模块以及环形轨道运载模块；
4、所述前处理铣削打磨清根模块、前处理区域感应预热及温控模块以及后处理铣削打磨修形模块，在修复前/后处理不同阶段，分别与前/后处理运载及加工轨迹控制机器人连接，并由前/后处理运载及加工轨迹控制机器人控制其运动及加工轨迹；
5、所述增材沉积模块和同步微锤锻模块通过集成装夹与温度调控模块集成至增材及微锤锻运载与轨迹控制机器人上，由增材及微锤锻运载与轨迹控制机器人控制其运动轨迹，以及执行增材和微锤锻的加工轨迹。
6、增材沉积模块的末端增材执行器和同步微锤锻模块的末端微型锻锤通过集成装夹与温度调控模块调节两者之间的相对距离，进而调节转轮室内壁上修复焊道进行同步微锤锻的变形温度。
7、另一方面，本发明提供一种高温同步微锤锻辅助大型水轮机转轮室内壁增材修复再制造方法，包括以下步骤：
8、步骤一：清除待修复转轮室内壁表面附着物、油污和锈蚀脏污，再通过人工识别并结合渗透探伤模块确定转轮室内壁待修缺陷位置、类型和尺寸；
9、步骤二：利用前/后处理运载及加工轨迹控制机器人运载前处理铣削打磨清根模块对转轮室内壁上产生的局部待修缺陷进行前处理，根据步骤一确定的待修缺陷位置、类型和尺寸，确定需要铣削或打磨区域的位置、面积和深度，其中，对于浅表性缺陷进行打磨清根处理，对于大面积深坑类缺陷进行铣削加工处理，形成待修复型腔；
10、步骤三：利用前/后处理运载及加工轨迹控制机器人运载前处理区域感应预热及温控模块对步骤二形成的转轮室内壁待修型腔及附近区域进行高频感应预热，并控制预热温度为250-300℃；
11、步骤四：采用增材及微锤锻运载与轨迹控制机器人运载增材沉积模块和同步微锤锻模块对预热后的转轮室内壁待修型腔进行增材充型，并同时以每条修复焊道为基本单元进行同步高温微锤锻，逐渐形成各层修复焊层，并逐层堆积直至转轮室内壁各待修型腔完全被修复金属填满，其中增材充型采用横焊方式以避免熔池发生严重流淌；另外，要求最终填充得到的修复层外表面高出待修型腔附近基体型面1mm~2mm；
12、步骤五：采用前/后处理运载及加工轨迹控制机器人运载后处理铣削打磨修形模块，对转轮室内壁缺陷修复区超出内壁基体表面的金属进行铣削或打磨处理，直至内壁修复区完全恢复原始型面特征；
13、步骤六：采用渗透探伤模块对完成修形的转轮室内壁修复区进行pt渗透探伤，如未发现缺陷，则内壁修复完成，如发现缺陷，则重复上述步骤一~步骤五，直至内壁上所有缺陷被完全消除。
14、优选的，所述前处理铣削打磨清根模块和后处理铣削打磨修形模块共享加工操作组件，所述加工操作组件包含铣削工具组件和磨削工具组件两类，所述铣削工具组件包含金刚石铣刀、驱动电机、力控、冷却液供给装置、法兰集成安装架ⅰ，所述磨削工具组件包含砂轮片、驱动电机、力控、法兰集成安装架ⅱ。
15、优选的，所述前处理区域感应预热及温控模块包括高频感应加热组件、温度测控组件和法兰集成安装架ⅲ，所述高频感应加热组件组包含高频感应电源、感应线圈和冷却液供给装置，所述温度测控组件包含热成像仪和显示终端。
16、优选的，所述前/后处理运载及加工轨迹控制机器人为六自由度重载工业机器人手臂ⅰ，所述增材及微锤锻运载与轨迹控制机器人为六自由度重载工业机器人手臂ⅱ。
17、优选的，所述增材沉积模块包括增材沉积能量源、送料机构、末端增材执行器和保护气氛，所述增材沉积能量源为电弧焊机、等离子弧焊机或激光器，所述末端增材执行器为焊枪或激光头；
18、优选的，所述同步微锤锻模块由微锤锻运动激发装置和末端微型锻锤组成；
19、所述集成装夹与温度调控模块包含法兰集成安装架ⅳ、气动消振固定端和可滑动卡箍连接端，所述增材沉积模块的末端增材执行器和同步微锤锻模块通过集成装夹与温度调控模块的法兰集成安装架ⅳ集成为一体式结构，且所述增材沉积模块的末端增材执行器通过可滑动卡箍连接端与法兰集成安装架ⅳ活动连接，所述法兰集成安装架ⅳ的法兰安装端通过气动消振固定端与增材及微锤锻运载与轨迹控制机器人固定连接。
20、优选的，所述环形轨道运载模块包含机器人运载及移动控制小车和环形轨道两部分，所述机器人运载及移动控制小车包含机器人运载托板、垂向轮式滚动及限位组件、侧向稳定支撑轮，以及驱动电机和驱动轮，所述环形轨道包含内环导轨和外环导轨两部分，所述内环导轨和外环导轨分别通过支撑架与转轮室内壁固定连接，并安装于同一平面，所述机器人运载及移动控制小车通过垂向轮式滚动及限位组件和侧向支撑轮与环形轨道活动连接，并在限位约束下，能够沿环形轨道安全稳定地自由移动而不发生脱轨，所述驱动电机与驱动轮固定连接，驱动轮与外环导轨活动连接。
21、优选的，所述转轮室内壁修复所用材料为耐腐蚀、耐磨损、高强塑性材料；
22、对应焊材牌号为0cr13ni5mo、er410nimo、er308l、er309l或司太立焊材，焊材形态为丝材或粉材；
23、所述修复焊道进行微锤锻的温度是通过调节可滑动卡箍连接端相对法兰集成安装架ⅳ的物理位置，进而调节增材沉积模块末端增材执行器相对同步微锤锻模块末端微型锻锤的物理距离来实现的，所述修复焊道进行微锤锻的最低温度需高于对应金属材料的再结晶温度，最高温度以不生成脆性相、不发生再结晶晶粒过热严重粗化为准。
24、本发明有如下有益效果：
25、1、本发明通过设置渗透探伤模块、前处理铣削打磨清根模块、前处理区域感应预热及温控模块、增材沉积模块、同步微锤锻模块、集成装夹与温度调控模块、后处理铣削打磨修形模块、环形轨道运载模块等模块化操作工具和运动控制组件，建立了水轮机转轮室内壁增材修复再制造系统和特征工艺方法，采用该系统和工艺方法能够提升转轮室内壁的修复效率和质量，延长其服役寿命，大幅度降低经济损失，同时也便于实现水轮机转轮室内壁全自动化修复再制造。
26、2、本发明提出了采用增材的方式对水轮机转轮室内壁进行修复再制造，并引入高温微锤锻同步对修复焊道进行处理，形成高温同步微锤锻辅助大型水轮机转轮室内壁修复再制造工艺方法，采用该工艺方法能够在缺乏良好热处理的环境下，调控修复层组织状态和残余应力状态，提升修复层力学性能，延长水轮机转轮室内壁钢板的服役寿命，大幅度降低水轮机转轮室内壁失效产生的经济损失。
1.一种高温同步微锤锻辅助大型水轮机转轮室内壁增材修复再制造系统，其特征在于，所述修复再制造系统包括渗透探伤模块，前处理铣削打磨清根模块（1），前处理区域感应预热及温控模块（2），前/后处理运载及加工轨迹控制机器人（3），增材沉积模块（4），同步微锤锻模块（5），集成装夹与温度调控模块（6），增材及微锤锻运载与轨迹控制机器人（7），后处理铣削打磨修形模块（8）以及环形轨道运载模块（9）；
2.根据权利要求1所述一种高温同步微锤锻辅助大型水轮机转轮室内壁增材修复再制造系统，其特征在于，增材沉积模块（4）的末端增材执行器（4-1）和同步微锤锻模块（5）的末端微型锻锤（5-1）通过集成装夹与温度调控模块（6）调节两者之间的相对距离，进而调节转轮室内壁（10）上修复焊道（10-2）进行同步微锤锻的变形温度。
3.一种高温同步微锤锻辅助大型水轮机转轮室内壁增材修复再制造方法，所述方法采用权利要求1-2任意一项所述修复再制造系统实现，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求2所述一种高温同步微锤锻辅助大型水轮机转轮室内壁增材修复再制造方法，其特征在于，所述前处理铣削打磨清根模块（1）和后处理铣削打磨修形模块（8）共享加工操作组件，所述加工操作组件包含铣削工具组件和磨削工具组件两类，所述铣削工具组件包含金刚石铣刀、驱动电机、力控、冷却液供给装置、法兰集成安装架ⅰ，所述磨削工具组件包含砂轮片、驱动电机、力控、法兰集成安装架ⅱ。
5.根据权利要求2所述一种高温同步微锤锻辅助大型水轮机转轮室内壁增材修复再制造方法，其特征在于，所述前处理区域感应预热及温控模块（2）包括高频感应加热组件、温度测控组件和法兰集成安装架ⅲ，所述高频感应加热组件组包含高频感应电源、感应线圈和冷却液供给装置，所述温度测控组件包含热成像仪和显示终端。
6.根据权利要求2所述一种高温同步微锤锻辅助大型水轮机转轮室内壁增材修复再制造方法，其特征在于，所述前/后处理运载及加工轨迹控制机器人（3）为六自由度重载工业机器人手臂ⅰ，所述增材及微锤锻运载与轨迹控制机器人（7）为六自由度重载工业机器人手臂ⅱ。
7.根据权利要求2所述一种高温同步微锤锻辅助大型水轮机转轮室内壁增材修复再制造方法，其特征在于，所述增材沉积模块（4）包括增材沉积能量源、送料机构、末端增材执行器（4-1）和保护气氛，所述增材沉积能量源为电弧焊机、等离子弧焊机或激光器，所述末端增材执行器（4-1）为焊枪或激光头。
8.根据权利要求2所述一种高温同步微锤锻辅助大型水轮机转轮室内壁增材修复再制造方法，其特征在于，所述同步微锤锻模块（5）由微锤锻运动激发装置和末端微型锻锤（5-1）组成；
9.根据权利要求8所述一种高温同步微锤锻辅助大型水轮机转轮室内壁增材修复再制造方法，其特征在于，所述环形轨道运载模块（9）包含机器人运载及移动控制小车（9-1）和环形轨道（9-2）两部分，所述机器人运载及移动控制小车（9-1）包含机器人运载托板（9-1-1）、垂向轮式滚动及限位组件（9-1-2）、侧向稳定支撑轮（9-1-3），以及驱动电机（9-1-4）和驱动轮（9-1-5），所述环形轨道（9-2）包含内环导轨（9-2-1）和外环导轨（9-2-2）两部分，所述内环导轨（9-2-1）和外环导轨（9-2-2）分别通过支撑架与转轮室内壁（10）固定连接，并安装于同一平面，所述机器人运载及移动控制小车（9-1）通过垂向轮式滚动及限位组件（9-1-2）和侧向支撑轮（9-1-3）与环形轨道（9-2）活动连接，并在限位约束下，能够沿环形轨道（9-2）安全稳定地自由移动而不发生脱轨，所述驱动电机（9-1-4）与驱动轮（9-1-5）固定连接，驱动轮（9-1-5）与外环导轨（9-2-2）活动连接。
10.根据权利要求9所述一种高温同步微锤锻辅助大型水轮机转轮室内壁增材修复再制造方法，其特征在于，所述转轮室内壁修复所用材料为耐腐蚀、耐磨损、高强塑性材料；
