Устройство для дозированной подачи порошка в зону лазерного воздействия

 

Использование: изобретение относится к лазерной технологии и может быть использовано для повышения качества наплавки и коэффициента использования порошка путем повышения точности наведения струи порошка в зону лазерного воздействия на поверхность детали в областях техники, где требуется обеспечить точное попадание струи порошка в заданную точку. Сущность изобретения: устройство снабжено системой юстировочного перемещения, состоящей из двухкоординатной микрометрической оправки, установленной перпендикулярно оси выходного патрубка, и квадратной обоймы с расположенным в ней шаровым шарниром, установленной с возможностью перемещения в двух взаимно перпендикулярных направлениях. В шаровом шарнире выполнено центральное отверстие для перемещения в нем выходного патрубка, относительно которого шарнир установлен с возможностью свободного перемещения. 2 ил.

Изобретение относится к лазерной технологии и может быть использовано в процессах лазерной поверхностной обработки, основанных на подаче модифицированного порошка в зону воздействия луча на поверхность детали (легирование, инжекция упрочняющих фаз, наплавка), а также в других областях техники, где требуется обеспечить точное попадание струи порошка в заданную точку. Цель изобретения - повышение качества наплавки и коэффициента использования порошка путем повышения точности наведения струи порошка в зону лазерного воздействия на поверхности детали. Возможность контролируемых микрометрических перемещений выходного патрубка в двух взаимно перпендикулярных направлениях обеспечивает необходимую точность наведения струи порошка. На фиг.1 показан общий вид устройства; на фиг.2 - система юстировочного перемещения. Устройство содержит бункер 1 с порошком, дозирующий механизм 2 с электроприводом 3, блок 4 электропитания, систему 5 газообеспечения, систему 6 подогрева порошка, входной 7, промежуточный 8 и выходной 9 патрубки гибкого шарнирного трубопровода 10 со стопорными гайками 11, систему 12 юстировочного перемещения. Система юстировочного перемещения (фиг.2) содержит двухкоординатную, неподвижно закрепленную относительно дозирующего механизма юстировочную оправу 13, состоящую из двух планок 14, соединенных направляющими 15, скобы 16, юстировочных винтов 17, квадратной обоймы 18 с расположенным в ней шаровым шарниром 19 с отверстием 20 стопорных винтов 21, сопла 22. На фиг.1 показаны также лазерный луч 23, газопорошковая струя 24 и поверхность обрабатываемой детали 25. Устройство работает следующим образом. Через систему 5 газообеспечения порошок из бункера 1 поступает в гибкий шарнирный трубопровод 10. Патрубки 7 и 8 с помощью стопорных гаек 11 фиксируются в нужном положении таким образом, чтобы выходной патрубок 9 по отношению к обрабатываемой поверхности был расположен под углом 45^о, а торец сопла 22 находился от нее на расстоянии 10-15 мм. Двухкоординатная юстировочная оправа 13 установлена перпендикулярно оси выходного патрубка 9. Скоба 16 с помощью юстировочных винтов 17 имеет возможность свободного перемещения вверх-вниз по направляющим 15. Квадратная обойма 18 имеет возможность свободного перемещения вправо-влево по направляющим 15, а также вместе со скобой 16 вверх-вниз. Лазерным лучом 23 на обрабатываемую поверхность детали 25 наносится след, который является результатом окисления поверхности при нагреве ее лучом малой мощности до температуры не более 600-700^оС и хорошо виден невооруженным глазом, затем в бункер 1 засыпается порошок и с помощью системы 5 газообеспечения подается газ. После этого ослабляют стопорную гайку 11, фиксирующую положение выходного патрубка 9, включается блок 4, подающий напряжение на привод 3, приводящий в движение дозирующий механизм 2 и вращением юстировочных винтов 17 перемещают по направляющим 15 скобу 16 вверх-вниз, а квадратную обойму 18 вправо-влево таким образом, чтобы след от струи порошка, наблюдаемый визуально на поверхности детали, полностью перекрывал след от лазерного луча и был концентричен ему. Размер следа от луча в зависимости от технологической задачи лежит в пределах от 2 мм до 5 мм в диаметре или от 1 мм х 3 мм до 3 мм х 6 мм при обработке прямоугольным лучом, причем параметры струи подбираются таким образом, чтобы ее след на поверхности детали в поперечнике был больше следа от луча не менее, чем на 2 мм. Это намного превышает разрешающую способность человеческого глаза и позволяет при визуальном наблюдении гарантированно перекрыть след от луча струей порошка. После наведения струи положение обоймы 18 фиксируется стопорными винтами 21 и стопорная гайка 11 затягивается. При этом на несколько миллиметров увеличивается расстояние от сопла 22 до обрабатываемой поверхности 25, а также в силу раскрытия струи на несколько десятых долей миллиметра увеличивает размер следа от струи, что с еще большей гарантией обеспечивает перекрытие ею следа от луча. Направление выходного патрубка, фиксируемое цилиндрическим отверстием 20 в шаровом шарнире 19, остается неизменным. После этого устройство для подачи порошка в зону лазерного воздействия готово к работе. Аналогичная операция по совмещению следов от луча и газопорошковой струи проводилась и в прототипе, который представляет собой устройство, изображенное на фиг.1, но без системы юстировочного перемещения 12 выходного патрубка 19. В прототипе перемещение выходного патрубка 9 в пространстве осуществлялось не с помощью юстировочных винтов 17, а вручную, что не обеспечивало его плавного перемещения в пространстве, а также не гарантировало сохранение выбранного направления оси газопорошковой струи при затягивании стопорных гаек 11, так как положение патрубка, не фиксируемое другими элементами конструкции еще в каком-нибудь месте могло неконтролируемо измениться, что приводило к неполному перекрытию струей порошка следа от лазерного луча, а следовательно к ухудшению качества и отклонению от заданных параметров направленных валиков. В связи с этим размер струи в месте ее падения на деталь приходилось значительно увеличивать, что приводило к снижению коэффициента использования порошка. Эффективность применения устройства, обеспечивающего точность наведения струи порошка в зону лазерного воздействия на поверхности детали до 3 мрад, состоит в улучшении качества наплавленных и модифицированных слоев и в повышении коэффициента использования порошка не менее, чем в 1,5 раза за счет уменьшения диаметра порошковой струи.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДОЗИРОВАННОЙ ПОДАЧИ ПОРОШКА В ЗОНУ ЛАЗЕРНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ, содержащее бункер с порошком, дозирующий механизм с электроприводом, блок электропитания, системы газообеспечения и подогрева порошка в бункере и гибкий шарнирный трубопровод для подачи порошка, выполненный из нескольких металлических патрубков, отличающееся тем, что, с целью повышения качества направки и коэффициента использования порошка путем повышения точности наведения струи порошка в зону лазерного воздействия на поверхность детали, оно снабжено системой юстировочного перемещения, состоящей из двухкоординатной микрометрической оправы, установленной перпендикулярно оси выходного патрубка, и квадратной обоймы с расположенным в ней шаровым шарниром, установленной с возможностью перемещения в 2-х взаимоперпендикулярных направлениях, причем в шаровом шарнире выполнено центральное отверстие для перемещения в нем выходного патрубка, относительно которого шарнир установлен с возможностью свободного перемещения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2