Способ изготовления сопла электродугового сварочного плазматрона



Способ изготовления сопла электродугового сварочного плазматрона
Способ изготовления сопла электродугового сварочного плазматрона

 


Владельцы патента RU 2558019:

Российская Федерация в лице Министерства промышленности и торговли РФ (МИНПРОМТОРГ РОССИИ) (RU)

Изобретение относится к технологии послойного изготовления изделий из металлических порошков. Сопло электродугового сварочного плазматрона формируют лазерным сфокусированным послойным спеканием медного порошка, который подают из бункера-дозатора предварительно подогретым до температуры 150°C. Во время проведения послойного спекания медного порошка температуру в бункере-дозаторе поддерживают постоянной. После спекания каждого слоя производят очистку поверхности формируемого сопла сфокусированным лазерным лучом с мощностью, составляющей 25% от рабочей мощности лазерного луча при спекании. Обеспечивается изготовление высокоточных деталей сложной формы с требуемой прочностью. 2 ил.

 

Изобретение относится к технологии послойного лазерного синтеза объемных изделий и может быть использовано для изготовления защитных сопел электродуговых сварочных и наплавочных плазматронов, а также других изделий сложной конфигурации из металлических порошков.

В настоящее время в области порошковой металлургии известно много различных способов лазерного спекания объемных деталей сложной формы, например описанных в патентах РФ №№2217266, 2132761, 2021881. В основном эти способы заключаются в том, что компьютер вычисляет границы требуемых поперечных сечений детали, порошок засыпается на мишеневую поверхность последовательными слоями, лазерный луч сканирует по слою порошка, но включается лишь для спекания порошка внутри границ поперечного сечения с целью получения детали послойным наращиванием до образования законченной детали. Однако указанные способы непригодны для деталей сложной формы, где требуется высокая точность их размеров.

Известен патент RU №2393056, где с целью повышения производительности спекают линии контуров, взаимоперпендикулярные линии сетки и зоны в каждом сечении сфокусированным излучением, а остальные площади сечения спекают расфокусированным лучом. Одновременно с целью повышения качества спекания расфокусированным лучом поддерживают температуру спекания порошка в заданных пределах путем коррекции скорости перемещения лазерного луча в зависимости от скорости и ускорения изменения фактической температуры в слое порошка, в т.ч. с учетом влияния температуры ранее спеченных слоев.

Недостатками упомянутого способа является возможность образования необрабатываемых микрозон, точечного неспекания, прожогов. Это происходит по причине обработки контуров, зон и площадей изделия отдельными проходами, на различных технологических режимах. Это в результате приводит к появлению микродефектов в спекаемом изделии, образуются слои с неравномерными прочностными характеристиками, что в итоге снижает прочность готового изделия в целом. Выявление и устранение дефектов весьма трудоемкий процесс, требующий использования дорогостоящего оборудования для цифровой фотосъемки, включающий в себя обработку и анализ полученных изображений, а также определение оптимальных режимов обработки для каждого конкретного изделия.

Применение данного способа также не позволяет получить однородную структуру спекаемых слоев изготавливаемого изделия. Это приводит к тому, что готовое изделие не соответствует высоким требованиям по точности изготовления и качеству, предъявляемым к таким изделиям, как сопла сварочных плазматронов.

В то же время существует множество способов оптимизации процесса послойного лазерного синтеза, с целью повышения качества изготовления изделий и производительности. Одним из передовых направлений совершенствования технологии лазерного синтеза является оптимизация алгоритма обработки отдельных спекаемых зон изделия, что позволяет существенно повысить производительность процесса.

Задачей настоящего способа является разработка технологии, позволяющей изготавливать высокоточные детали сложной формы, например сопла сварочных плазматронов, к которым предъявляются повышенные требования по прочностным и эксплуатационным характеристикам.

Технический результат, за счет которого обеспечивается решение поставленной задачи, - это повышение качества спекания изделий сложной формы за счет достижения оптимальной плотности каждого слоя порошка.

Указанный технический результат достигается в техническом решении способа изготовления сопла электродугового сварочного плазматрона, при котором формируют сопло лазерным сфокусированным послойным спеканием медного порошка, который подают из бункера-дозатора предварительно подогретым до температуры 150°C, при этом температуру в бункере-дозаторе поддерживают постоянной. Кроме того, после спекания каждого слоя производят очистку поверхности изделия сфокусированным лазерным лучом с мощностью, составляющей 25% от рабочей мощности лазерного луча при спекании.

За счет предварительного нагрева и поддержания постоянной температуры в бункере-дозаторе во время проведения процесса спекания слои порошка на границе раздела между расплавленным металлом и порошком, перед последующим этапом спекания, имеют небольшой температурный градиент, что повышает качество кромок изготавливаемого сопла.

Применение послойной очистки позволяет произвести выравнивание поверхности спекаемого изделия на макроуровне, что способствует равномерному распределению последующих слоев порошка на поверхности изделия. Благодаря предлагаемому способу обработки поверхности, наносимые слои порошка обладают оптимальной плотностью и, как следствие, после спекания образуют однородную структуру без зон точечного неспекания и непроваров.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется представленными двумя чертежами (фиг. 1-2). На фиг. 1 показана схема установки для лазерного синтеза, которая состоит из твердотельного источника лазерного излучения 1, оптической системы с устройством фокусирования и позиционирования 2, герметичной камеры для вакуумирования 3, камеры для построения объекта 8 с плунжером для перемещения 7, бункера-дозатора с системой подогрева порошка 5 и плунжером 6 для подачи порошка, а также роллера 4 для выравнивания слоев порошка.

На фиг. 2 показана конструкция сопла электродугового сварочного плазматрона, имеющего в своем составе канал фиксации наконечника сварочной проволоки.

При реализации предложенного способа медный порошок просушивается и засыпается в бункер-дозатор 5 установки для лазерного синтеза, где производится его нагрев до температуры 150°C и поддержание заданной температуры в течение процесса изготовления сопла. На рабочую платформу камеры для построения объекта 8 устанавливается подложка - пластина из нержавеющей стали толщиной 20 мм.

В герметичной камере 3 создается защитная атмосфера путем подачи защитного газа - аргона. Изготовление сопла начинается с добавления первого слоя порошка на подложку и выравнивания его роллером 4 до толщины 80 мкм. Лазерный луч твердотельного лазера 1 с помощью оптической системы 2 производит нагрев порошкового слоя на поверхности выше температуры плавления и по управляющей программе выполняет тепловое изображение поперечного сечения трехмерной модели сопла, сплавляя область в однородный слой. Далее производится очистка зоны сплавления путем обработки ее сфокусированным лучом, мощность которого составляет 25% от рабочей.

После сплавления первого слоя и его очистки плунжер построения объекта 7 с соплом 9 опускается на высоту слоя. Из бункера-дозатора добавляется новая порция порошка для следующего этапа выращивания и роллер 4 вновь выравнивает порошковый слой. Производится сплавление и затем очистка следующего слоя. Перечисленные действия по спеканию слоев сопла повторяются необходимое количество циклов до его полного изготовления.

После завершения процесса спекания сопло извлекается и отделяется от подложки, после чего производится его шлифование. Затем оно помещается в печь для отжига, где происходит снятие напряжений в металле, возникших при его изготовлении. В печи сопло нагревают до температуры 550°C и отжигают в течение 4 часов.

Для изолирования плазматрона, при его случайном контакте со свариваемым изделием, на готовое защитное сопло наносится защитное покрытие из термостойкого электрозащитного материала.

Реализация предлагаемого способа позволяет получать детали сложной 3-мерной формы, требующие высокой точности изготовления, в частности сопла для электродуговых сварочных и других, например, наплавочных плазматронов. Сопло сварочного плазматрона, состоящее из защитного сопла и канала фиксации наконечника сварочной проволоки, имеет сложную конфигурацию и небольшую толщину стенки. В настоящее время оно изготавливается путем ручной пайки канала фиксации наконечника к защитному соплу, которые в свою очередь изготавливаются путем механической обработки на токарных станках. За счет трудоемкости и сложности технологии ручной пайки наконечник, установленный в канал фиксации, располагается под углом от 37 до 43° от оси плазматрона. Уникальные размеры каждого сопла делает его замену на новое весьма сложным процессом, требующим дополнительной настройки оборудования.

Применение прецизионной технологии послойного лазерного синтеза позволяет изготавливать сложные детали с высокой точностью, например, при изготовлении сопла электродугового сварочного плазматрона точность узла поддержки сварочной проволоки может достичь 40±0,1° относительно оси плазматрона.

Предлагаемый способ обеспечивает снижение трудоемкости изготовления, обеспечивает достижения требуемой прочности сопла и повышает его долговечность. Использование данного способа позволит организовать серийный выпуск сопел гарантированного качества и высокой надежности, улучшить условия труда и экологическую безопасность.

Способ изготовления сопла электродугового сварочного плазматрона, отличающийся тем, что формируют сопло лазерным сфокусированным послойным спеканием медного порошка, который подают из бункера-дозатора предварительно подогретым до температуры 150°C, при этом во время проведения послойного спекания медного порошка температуру в бункере-дозаторе поддерживают постоянной, причем после спекания каждого слоя производят очистку поверхности формируемого сопла сфокусированным лазерным лучом с мощностью, составляющей 25% от рабочей мощности лазерного луча при спекании.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу изготовления трехмерного тела посредством последовательного предоставления слоев порошка и сплавления выбранных зон упомянутых слоев, соответствующих последовательным поперечным сечениям трехмерного тела.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к катодным материалам на основе нанокристаллических частиц Fe-Ni. Катод для электрохимического получения водорода выполнен в виде стальной подложки с нанесенным на ее поверхность нанокомпозитным покрытием железо-никель.

Изобретение относится к изготовлению металлических изделий из порошков послойным селективным лазерным спеканием. Способ включает образование оболочки для формируемого изделия путем нанесения слоя из первого порошкового материала и его спекание по всей рабочей поверхности.

Изобретение относится к области порошковой металлургии. Устройство для получения изделий послойным лазерным спеканием порошков содержит емкости для размещения порошка и для излишков порошка, размещенный между ними модуль формирования изделия, включающий стол с приводом его вертикального перемещения, средство для подачи порошка на стол из емкости для его размещения и сброса порошка в емкость для излишков порошка, оптическую лазерную систему спекания порошка, установленные над столом сопла для подачи на слой порошка воздуха или инертного газа и установленный под столом с возможностью соединения с вакуумной системой газозаборник.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению объемных порошковых изделий путем лазерного селективного спекания. Наносят слои из различных порошковых материалов и осуществляют селективное спекание или плавление заданной области каждого слоя.

Изобретение относится к изготовлению решетки для селективного пропускания электромагнитного излучения, в частности рентгеновского излучения. Решетка содержит конструктивный элемент со стенками, содержащими множество частиц, содержащих первый поглощающий излучение материал.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к изготовлению металлических изделий из порошков селективным лазерным спеканием. Наносят слой керамического порошка, проводят селективное спекание на заданных участках слоя и удаляют указанный материал из неспеченных участков.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению объемных изделий путем послойного лазерного синтеза. Может использоваться для производства деталей сложных форм из мелкодисперсных порошков в различных отраслях машиностроения.

Изобретение относится к обработке поверхности металлов. Способ получения коррозионно-стойкого покрытия на поверхности нелегированной стали включает подготовку порошка в виде нанокомпозитных частиц Fe-Ni, содержащих 3-10 мас.% никеля, и послойное нанесение его на поверхность нелегированной стали с лазерным спеканием.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способу послойного получения трехмерных объектов из порошкового материала путем облучения высокоэнергетическим пучком.

Изобретение относится к способу изготовления изделий сложной формы из порошковых систем и может найти применение в разных отраслях машиностроения, например, для изготовления сопел, завихрителей, вставок и других элементов ракетных двигателей и турбин. Осуществляют послойно-селективную лазерную обработку до расплавления порошка на глубину слоя в три этапа. Вначале на каждом нанесенном слое обработку проводят по внешнему контуру изготавливаемого сечения и по его внутренним границам. Образованное внутреннее сечение обрабатывают программно-регламентированным сканированием лазерного луча. После этого проводят прецизионную повторную обработку внешнего контура и внутренних границ изготавливаемого сечения. Траекторию сканирования лазерного луча на каждом последующем слое изменяют на 45° по часовой стрелке относительно направления сканирующего луча на предыдущем слое. Подготовку порошка осуществляют до дисперсности не более толщины наносимого единичного слоя. После образования запрограммированной формы изделия дополнительно проводят его вакуумную термообработку при температуре ниже температуры рекристаллизации материала основы порошковой системы в течение 2-3 часов. Технический результат изобретения заключается в получении высоких механических характеристик изготавливаемых изделий сложной формы и расширении областей их применения, а также в получении технологически регламентируемых наноструктурных объектов любой сложной конфигурации, работающих длительное время в агрессивных средах при повышенных температурах. 3 з.п. ф-лы, 11 ил., 1 табл.

Изобретение относится к порошковой металлургии. Заготовки из порошковой быстрорежущей стали, полученной электроэрозионным диспергированием отходов быстрорежущей стали марки Р6М5 в дистиллированной воде, получают путем горячего прессования порошка с пропусканием высокоамперного тока в вакууме в течение 2,9…3,1 минут при температуре 895…905°С. Обеспечивается снижение пористости и повышение микротвердости заготовок из порошковой быстрорежущей стали. 3 ил., 1 пр.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу изготовления трехмерного изделия. Способ изготовления трехмерного изделия (11) из жаропрочного сплава на основе никеля, кобальта или железа (12) характеризуется тем, что осуществляют последовательное нанесение на пластину-подложку порошка или суспензии порошка сплава на основе никеля, кобальта или железа и наращивание изделия аддитивным процессом с получением изделия (11) с анизотропией свойств. Затем проводят термическую обработку полученного изделия (11), обеспечивающую перекристаллизацию и/или укрупнение зерен для снижения анизотропии свойств изготавливаемого изделия. Изготавливают трехмерное изделие аддитивным способом без анизотропии свойств. 16 з.п. ф-лы, 5 ил.

Группа изобретений относится к послойному изготовлению металлической детали лазерным спеканием порошка. Способ включает подачу в область спекания порошка по меньшей мере одного подогревающего лазерного луча, причем подогревающий лазерный луч расфокусируют или фокусируют шире, чем основной спекающий лазерный луч, при этом обеспечивают уменьшение температурного градиента между зоной спекания порошка и окружающим ее порошком. Основной спекающий луч и подогревающий луч формируют с использованием акустооптического дефлектора, причем основной спекающий луч формируют в виде спекающих лазерных лучей, расположенных вплотную друг к другу в ряд, перпендикулярный направлению спекания, мощность излучения одного из которых, расположенного вплотную к переходу порошок - спеченный материал, превышает мощность излучения остальных лазерных спекающих лучей из условия компенсации температурного градиента между зоной спекания и спеченным материалом детали. Обеспечивается уменьшение коробления спеченной детали, а также однородность ее структуры. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к технологии изготовления трехмерной металлической детали(11), представляющей собой деталь газовой турбины в виде лопатки, лопасти или теплового экрана, которая может быть использована в компрессоре, камере сгорания или турбинной секции газовой турбины. Деталь (11) последовательно выращивают из металлического базового материала (12) с помощью процесса аддитивного изготовления путем сканирования энергетическим лучом (14). Создают контролируемую ориентацию зерен по первичному и вторичному направлению детали (11). Вторичная ориентация зерен достигается применением конкретной картины сканирования энергетическим лучом (14) в последовательных слоях попеременно параллельно и перпендикулярно направлению, соответствующему наименьшему значению модуля Юнга. 2 н. и 10 з.п. ф-лы,7 ил.

Группа изобретений относится к области высокоэнергетической обработки материалов, а именно к способу и устройству для получения изделий с градиентом свойств из порошков с применением потоков излучения и частиц, и может быть использована в их селективном спекании или плавлении. Способ включает выбор порошков строго определенного набора диаметров из различных материалов, последовательное нанесение слоев порошка определенной толщины из различных материалов разного диаметра при вертикальном перемещении поршня рабочего бункера со спекаемым изделием, программируемое селективное спекание/плавление заданной области в плоскости каждого слоя. После спекания заданного слоя порошка данного диаметра из одного из материалов поршень рабочего бункера со спеченным изделием перемещают вверх на толщину слоя и удаляют неспеченный порошок из этого слоя. Затем наносят слой из порошка другого диаметра из другого материала и проводят его селективное спекание. Повторяют процесс необходимое число раз в зависимости от количества наносимых материалов в слое, получая спеченные области из порошков разных материалов в одном слое. После спекания слоя проводят вышеперечисленные операции в новом слое. По окончании процесса спекания изделия неспеченный порошок из рабочего бункера удаляют, проводят разделение удаленных порошков по их диаметрам и по различным материалам. Разделенные порошки возвращают в бункера-питатели для повторного использования. Устройство для реализации способа содержит рабочую камеру с входным окном, лазер, рабочий бункер с поршнем, бункер-питатель, каретку засыпки и укладки порошка заданного размера и из различных материалов. Устройство снабжено N каретками засыпки и укладки порошка, соединенными с кареткой засыпки и укладки порошка в единый модуль засыпки и укладки порошков N бункерами-питателями и кареткой очистки, выполненной с возможностью перемещения в направлении движения модуля засыпки и укладки порошков. Оно снабжено также системой удаления порошка из рабочей камеры, системой разделения порошков по их диаметру и системой подачи разделенных порошков в бункера-питатели для повторного использования. Технический результат способа и устройства по изобретениям - возможность изготовления изделий с градиентом свойств из большого количества материалов, повышение коэффициента использования порошка и повышение качества получаемого изделия. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области порошковой металлургии. Способ спекания изделий из порошков твердых сплавов группы WC-Co включает электроимпульсное прессование при давлении 50-500 МПа, плотности импульса тока 50-500 кА/см2 и длительности импульса тока не более 10-3 с. Причем электроимпульсное прессование осуществляют с достижением изделием температуры не выше 1050°С, после чего спрессованное изделие продолжают подвергать импульсному воздействию тока при плотности импульса тока 1-10 кА/см2 до достижения изделием температуры 1100°С. Обеспечивается улучшение физико-механических характеристик получаемых изделий за счет устранения остаточной пористости. 3 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 пр.

Изобретение относится к технологии изготовления медно-титановых токопроводящих контактных элементов. Медный и титановый компоненты сопрягают друг с другом и соединяют в медно-титановый токопроводящий контактный элемент. Соединение упомянутых компонентов осуществляют искровым плазменным спеканием при температуре Тсп., причем Тр.Cu<Тсп.<Тф.п.Ti, где Тр.Cu - температура рекристаллизации меди, Тф.п.Ti - температура полиморфного превращения титана α↔β. Обеспечивается получение медно-титанового токопроводящего контактного элемента с переходным сопротивлением равным или близким к нулю при повышении прочности сворного шва медного и титанового компонентов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Группа изобретений относится к способу увеличения разрешающей способности при выполнении трехмерного изделия посредством последовательного сплавления частей порошкового основания для получения трехмерного изделия. Способ включает обеспечение первого слоя порошка на рабочем столе в вакуумной камере, направление пучка электронов от инжектора электронов по рабочему столу. Это приводит к сплавлению первого слоя порошка в определенных местах с образованием первого сечения трехмерного изделия. Затем обеспечение второго слоя порошка на рабочем столе и направление пучка электронов от инжектора электронов по рабочему столу. Это приводит к сплавлению второго слоя порошка в определенных местах с образованием второго сечения трехмерного изделия .При этом осуществляют уменьшение давления в вакуумной камере от первого уровня давления до второго уровня давления между этапами обеспечения первого слоя порошка и второго слоя порошка. Технический результат, достигаемый при использовании способа по изобретению для получения трехмерного изделия заключается в том, чтобы обеспечить увеличение разрешающей способности последовательности операций аддитивного производственного процесса путем поддержания распределения электрического поля в порошковом материале таким образом, чтобы предотвратить образование свободных всплывающих частиц. 2 н. и.12 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к гибридному компоненту (11), способу изготовления гибридного компонента (11) и может найти применение в различных отраслях машиностроения. Изготавливают преформу (2) в качестве первой части гибридного компонента (11). Затем последовательного формируют на этой преформе (2) вторую часть компонента (11) из металлического порошкового материала (12) посредством процесса аддитивной технологии изготовления с помощью сканирования энергетическим лучом (14). Устанавливают контролируемую ориентацию зерен в первичном и вторичном направлении, по меньшей мере, части второй части компонента (11), для этого используют специальный шаблон сканирования энергетическим лучом (14), который совмещают с профилем поперечного сечения указанного компонента (11) или с локальными условиями нагрузки для указанного компонента (11). 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 9 ил.
Наверх