Устройство лазерной наплавки и легирования


 


Владельцы патента RU 2447979:

Чивель Юрий Александрович (BY)

Изобретение относится к устройству лазерной наплавки и легирования материалов и может быть использовано при наплавке различных материалов лазерным излучением и в лазерной стереолитографии с применением порошковых материалов. Устройство содержит лазер, оптически связанный с системой формирования кольцевого пучка и фокусирующей системой, и систему подачи наносимого материала в виде трубки. Фокусирующая система выполнена в виде конической призмы для формирования конического лазерного пучка. Система подачи наносимого материала расположена по оптической оси фокусирующей системы, которая имеет кольцевой сферический объектив с оптической осью, совпадающей с оптической осью конического лазерного пучка, и фокус которого расположен на поверхности изделия. Технический результат заключается в повышении КПД процесса, точности изготовления изделия и коэффициента использования порошка за счет обеспечения раздельного нагрева частиц порошковой струи и поверхности детали. 1 ил.

 

Устройство относится к области лазерной обработки материалов и может быть использовано при наплавке различных материалов лазерным излучением и в лазерной стереолитографии с применением порошковых материалов.

Известно устройство лазерного легирования и наплавки [1], содержащее лазер, поворотное фокусирующее зеркало, манипулятор для закрепления и перемещения изделия, порошковый питатель с соплом.

Недостатком данного устройства является боковая подача порошка в зону обработки, что приводит к затенению лазерного луча потоком частиц, малое время пребывания частиц в области разогрева лазерным лучом и, как следствие, низкий КПД процесса, низкий коэффициент использования порошка, невысокая точность изготовления изделия.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство лазерного легирования и наплавки [2], содержащее лазер, оптически связанный с поворотным зеркалом и фокусирующей системой в виде конической линзы-аксикона, а также систему подачи наносимого материала, в виде трубки, расположенной по оптической оси фокусирующей системы.

Недостатком данного устройства является малый угол фокусировки бесселева пучка аксиконом, что обуславливает большую длину области фокусировки бесселева пучка и, как следствие, снижение интенсивности излучения в области порошковой струи и соответственно КПД процесса, снижение точности изготовления изделия. Кроме того, достаточно сложно организовать разогрев поверхности детали в области падения частиц.

Задачей данного изобретения является создание устройства лазерной наплавки и легирования, которое обеспечит раздельный нагрев частиц порошковой струи и поверхности детали, что обеспечивало бы повышение КПД процесса, точность изготовления изделия и коэффициент использования порошка.

Для выполнения поставленной задачи предложено устройство, содержащее лазер, оптически связанный с системой формирования кольцевого пучка и фокусирующей системой в виде конической призмы, формирующей конический лазерный пучок, а также систему подачи вдоль оптической оси фокусирующей системы наносимого материала.

Новым, по мнению авторов, является то, что устройство дополнительно снабжено кольцевым сферическим объективом, оптическая ось которого совпадает с оптической осью конического пучка, а фокус размещен на поверхности изделия.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлен общий вид предлагаемого устройства (фиг.1).

Устройство содержит лазер, оптически связанный с системой формирования кольцевого пучка в виде призм 1, 2 и фокусирующей системой, в качестве которой взята коническая призма 5, кольцевой сферический объектив 4, а также систему подачи наносимого материала, в виде трубки 3, расположенной по оптической оси фокусирующей системы.

Устройство работает следующим образом. Пучок лазера, расширенный до заданного размера и преобразованный в параллельный кольцевой, падает на коническую призму 5. Призма формирует конический пучок, имеющий фокальную область 6, близкую к цилиндрической. При углах γ, близких к 90°, длина области близка к ширине кольцевого пучка, что повышает интенсивность излучения в фокальной области. Наносимый порошок вводится по трубке 3 в фокальную область. Часть излучения лазера объективом 4 фокусируется на поверхность детали 7 в пятно, в которое наносится порошок.

Таким образом, обеспечивается раздельный нагрев порошка и поверхности детали, что существенно повысит КПД процесса наплавки и легирования, повышение точности изготовления изделия и коэффициента использования порошка.

Список литературы

1. Патент США №4117302 от 26.09.1978.

2. Чивель Ю.А. заявка №20020206 от 13.03.2002 г. Афiцыйны бюлетэнь, №2, с.26. 2003.

Устройство лазерной наплавки и легирования, содержащее лазер, оптически связанный с системой формирования кольцевого пучка и фокусирующей системой в виде конической призмы для формирования конического лазерного пучка, и систему подачи на поверхность изделия наносимого материала в виде трубки, расположенной по оптической оси фокусирующей системы, отличающееся тем, что фокусирующая система снабжена кольцевым сферическим объективом с оптической осью, совпадающей с оптической осью конического лазерного пучка, и фокус которого размещен на поверхности изделия.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способам изготовления деталей подшипников качения, имеющих градиент содержания углерода по меньшей мере в зоне приповерхностного слоя. .

Изобретение относится к способам нанесения покрытий из наночастиц и может быть использовано в плазмометаллургии, плазмохимии и машиностроительной промышленности.

Изобретение относится к способам формирования напылением аморфного пленочного покрытия. .

Изобретение относится к нанесению покрытий, которые содержат небольшие количества газообразных примесей, в частности кислорода, и предназначены для защиты от коррозии, от износа или для применения в системах управления температурой.
Изобретение относится к технологии получения покрытий на поверхности деталей, в частности к способам нанесения защитных покрытий из порошковых материалов газотермическим напылением на поверхности деталей, и может быть использовано в авиадвигателестроении, энергетике, машиностроении при изготовлении и ремонте деталей, например корпусных деталей, валов, рабочих и направляющих лопаток газовых турбин.
Изобретение относится к получению износостойких покрытий методом детонационного напыления. .
Изобретение относится к нанесению покрытий, а именно к способу металлизации детонационным напылением детали из полимерного материала, и может быть использовано для металлизации термопластов, в особенности инертных пластиков, таких как фторопласт, полиэтилен, полипропилен.

Изобретение относится к технологиям модификации металлических поверхностей, например к технологиям азотирования, цементации, легирования и др. .

Изобретение относится к технологии восстановления поверхности монокристаллической или полученной направленной кристаллизацией металлической детали, имеющей толщину Ws менее 2 мм, в которой лазерный луч и поток металлического порошка, имеющего ту же природу, что и металлическая деталь, подают на деталь с помощью сопла для получения, по меньшей мере, одного слоя монокристаллического или подвергшегося направленной кристаллизации от детали металла, при этом лазерный луч имеет мощность «Р» и перемещается вдоль детали со скоростью «v», в котором луч лазера и поток порошка подают на деталь соосно и отношение P/v находится в определенном диапазоне.
Изобретение относится к области машиностроения, точнее к трубопрокатному производству и может быть использовано для повышения коррозионной стойкости горячекатаных труб вообще и насосно-компрессорных труб в частности.

Изобретение относится к технологии обработки поверхности лучом лазера и может быть использовано в машиностроении при наплавке и легировании рабочих поверхностей детали.

Изобретение относится к технологии лазерной наплавки коррозионностойких покрытий и может быть использовано в машиностроении при обработке рабочих поверхностей деталей из алюминиевых бронз в том числе деталей судовой арматуры.

Изобретение относится к способам формирования металлической части на металлической подложке посредством осаждения накладываемых друг на друга слоев и может найти применение при изготовлении изделий с многослойным покрытием.
Изобретение относится к области художественной обработки металлов и может быть использовано для украшения металлических частей оружия, сувениров и ювелирных изделий.

Изобретение относится к сплаву на основе кобальта в порошкообразной форме для нанесения покрытия на объекты, подвергающиеся эрозии жидкостями, в частности на лопатки паровых турбин, а также к способу нанесения такого сплава.

Изобретение относится к устройству для фокусировки излучения волоконного лазера, предназначено для сварки, резки и других видов обработки. .
Наверх