Способ лазерной наплавки и устройство для его осуществления


 


Владельцы патента RU 2580180:

Чивель Юрий Александрович (BY)

Изобретение относится к способу и устройству лазерной наплавки материалов. Способ лазерной наплавки состоит в подаче наплавляемого материала в фокальную область лазерного пучка, размещенную на поверхности обрабатываемого изделия. Из исходного кругового лазерного пучка формируют серию параллельных кольцевых лазерных пучков, преобразуют их в серию конических пучков и раздельно фокусируют вдоль одной оптической оси, по которой подают наплавляемый материал. Устройство содержит лазер, оптически связанный с системой формирования конического пучка, фокусирующую линзу и систему подачи наплавляемого материала, оптическую систему формирования серии кольцевых лазерных пучков с регулируемым распределением мощности лазерного излучения по кольцевым пучкам, поворотное зеркало с отверстием для проводки трубок подачи газа, охлаждающей жидкости и наплавляемого материала, систему фокусирующих конических зеркал. Изобретение обеспечивает расширение технологических возможностей и снижение энергозатрат при высокой точности изготовления деталей. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Данное изобретение относится к области лазерной обработки материалов и может быть использовано при лазерной наплавке, в том числе селективной лазерной наплавке.

Задачей заявляемого изобретения является разработка способа и устройства для лазерной наплавки, обеспечивающего расширение возможностей данного метода лазерной обработки, повышение производительности и точности изготовления деталей, снижение энергозатрат при высоком качестве изделия.

Известен способ [1] лазерной наплавки, состоящий в подаче наплавляемого материала в фокальную область лазерного пучка, размещенную на поверхности обрабатываемого изделия. Недостатком данного способа является невозможность раздельного нагрева наплавляемого материала и области обрабатываемого изделия в пятне фокусировки лазера.

Наиболее близким к предлагаемому способу является представленный в [2] способ, состоящий в подаче наплавляемого материала в фокальную область лазерного пучка, размещенную на поверхности обрабатываемого изделия. Недостатком данного способа является невозможность раздельного нагрева наплавляемого материала и области обрабатываемого изделия в пятне фокусировки лазера, что приводит к значительным потерям энергии на поддержание ванны расплава и снижает точность наплавки.

Задачей заявляемого изобретения является расширение области применения, снижение энергозатрат, повышение точности и качества лазерной наплавки.

Заявляемый способ лазерной наплавки состоит в подаче наплавляемого материала в фокальную область лазерного пучка, размещенную на поверхности обрабатываемого изделия. В отличие от других способов из исходного кругового лазерного пучка формируют серию кольцевых лазерных пучков с регулируемым распределением мощности по пучкам и преобразуют в серию конических лазерных пучков с помощью конических зеркал 8, 9 и объектива 7 (фиг.1). Конические пучки фокусируют раздельно, как на поверхность обрабатываемого изделия для ее нагрева, так и в различные области подаваемого материала, будь то струя газа, жидкости, порошка, аэрозоля, или проволока, или струя гетерогенной плазмы, для его оптимального нагрева. При этом фокусы пучков располагают вдоль одной оптической оси, по которой подают наплавляемый материал. Заявляемый способ обеспечивает оптимальный тепловой режим процесса, позволяет значительно снизить энергозатраты и повысить точность наплавки.

Известно устройство лазерной наплавки [3], содержащее лазер, оптически связанный с системой формирования кольцевого пучка, поворотное зеркало, объектив.

Недостатком данного устройства является сложность, а также невозможность раздельного нагрева наплавляемого материала (проволоки) и поверхности обрабатываемого изделия в области наплавки.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является представленное в [4] устройство для селективной лазерной наплавки, содержащее лазер, оптически связанный с системой формирования конического пучка, и фокусирующую линзу для раздельного нагрева детали и порошковой струи и систему подачи порошка.

Недостаток данного устройства состоит в невозможности управления параметрами излучения, воздействующего на поверхность детали и порошковую струю.

Задачей заявляемого изобретения является расширение функциональных возможностей устройства,

Для решения поставленной задачи предлагается устройство для лазерной наплавки, содержащее лазер, оптически связанный с системой формирования серии конических пучков для раздельного нагрева детали и порошковой струи.

Новым является то, что устройство дополнительно снабжено системой формирования серии параллельных кольцевых лазерных пучков с регулируемым распределением мощности лазерного излучения по кольцевым пучкам, поворотным зеркалом с отверстием для проводки трубок подачи газа, охлаждающей жидкости и наплавляемого материала, системой фокусирующих конических зеркал, причем фокус линзы и фокусы конических зеркал лежат на одной оптической оси, вдоль которой подается наплавляемый материал.

Сущность изобретения поясняется схемой (фиг.1).

Устройство содержит лазер 1, оптически связанный с оптической системой формирования серии кольцевых лазерных пучков с регулируемым распределением мощности лазерного излучения по кольцевым пучкам в составе регулируемого расширителя пучка 2, отражательного мультиаксикона 16 и мультифасеточного зеркала 3. Серия кольцевых параллельных пучков разворачивается поворотным зеркалом 4 с отверстием для проводки трубок, охлаждающей жидкости 6, подачи газа и наплавляемого материала 5. Кроме этого в состав устройства входят фокусирующая линза 7, фокусирующие конические зеркала 8, 9.

Устройство работает следующим образом. Луч лазера 1 после прохождения расширителя пучка 2, мультиаксикона 16 и мультифасеточного зеркала 3 трансформируется в серию кольцевых пучков. Один из пучков фокусируется линзой 7 на поверхность изделия 11 в пятно облучения 12 и плавит поверхность в области пятна. Наплавляемый материал подается по трубке 5 в виде либо струи 10 газа, порошка, жидкости, гетерогенной плазмы или в виде проволоки. Другие пучки фокусируются с помощью конических зеркал 8, 9 в заданные области струи 10 для разогрева этих областей 13, 14. Меняя размеры пучка 15 после расширителя пучка, можно перераспределять мощность лазера по областям 12, 13 и 14 и тем самым регулировать процесс наплавки и эффективно греть и поверхность детали, и струю материала. Это позволяет уменьшить размеры ванны расплава, увеличить энерговклад в струю или проволоку ввиду их малого теплоотвода и, в случае струй, большого поглощения излучения.

Таким образом, заявляемые способ и устройство лазерной наплавки, обеспечивают снижение энергозатрат, повышение точности и качества наплавки.

Литература

1. Bruck G. High power laser beam cladding. Journal of Metals, 39, 1987, p.10-13.

2. Чивель Ю.А. Патент №6931. 10.11.2004.

3. C. Schnitzler, M. Traub, J. Dettrich. Patent DE 10200701840. 2009.

4. Чивель Ю.А. Патент №2447979.05.11.2009.

1. Способ лазерной наплавки, включающий подачу наплавляемого материала в фокальную область кругового лазерного пучка, размещенную на поверхности обрабатываемого изделия, отличающийся тем, что из исходного кругового лазерного пучка формируют серию параллельных кольцевых лазерных пучков с регулируемым распределением мощности излучения исходного кругового лазерного пучка по кольцевым пучкам, преобразуют упомянутые кольцевые пучки в серию конических пучков и раздельно фокусируют конические пучки с расположением фокусов пучков вдоль одной оптической оси, по которой подают наплавляемый материал.

2. Способ по п. 1, в котором в качестве наплавляемого материала используют твердое, жидкое, газообразное, порошкообразное, аэрозольное вещество или гетерогенную плазму.

3. Устройство для лазерной наплавки, содержащее лазер, оптически связанный с системой формирования конического пучка, фокусирующую линзу и систему подачи наплавляемого материала, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено оптической системой формирования серии кольцевых лазерных пучков с регулируемым распределением мощности лазерного излучения по кольцевым пучкам, поворотным зеркалом с отверстием для проводки трубок подачи газа, охлаждающей жидкости и наплавляемого материала и системой фокусирующих конических зеркал, причем фокус линзы и фокусы конических зеркал лежат на одной оптической оси, вдоль которой подается наплавляемый материал.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к способу и устройству для изготовления малогабаритных атомных ячеек с парами атомов щелочных металлов и может быть использована при изготовлении квантовых приборов различного применения.

Изобретение относится к способу лазерно-дуговой сварки толстолистовых стальных конструкций и может быть использовано в различных отраслях промышленности. Используют гибридную лазерно-дуговую головку.

Изобретение относится к способу обработки поверхности для повышения степени ее черноты перед нанесением основного покрытия и может быть использовано при производстве светопоглащающих элементов объективов, гелиотермических преобразователей.

Изобретение относится к конструкции (10) соединения керамического слоя (1), содержащего термоизоляционный материал, с металлическим слоем (2) и способу ее получения.

Изобретение относится к способу соединительной сварки встык оснащенных покрытием стальных листов (1). К сварочному расплаву (6) через, по меньшей мере, один проточный канал (10) подводят, по меньшей мере, одну порошкообразную сварочную присадку (8) в форме потока (9) газа и порошка.

Изобретение относится к способу и устройству для структурирования поверхности (9) твердого материала, нанесенного на твердое тело, и упаковочной фольге с тиснением, которое нанесено штампами для тиснения или валами для тиснения.

Изобретение относится к лазерной сварке алюминиевых сплавов и может быть использовано в различных областях машиностроения, судостроения, авиационно-космической промышленности.

Изобретение относится к способу сварки деталей различного диаметра и разной толщины и может быть использовано в приборостроении, в электронной и радиотехнической промышленности.

Изобретение относится к способу формирования полого структурного элемента замкнутого сечения. Способ формирования полого структурного элемента включает штамповку верхнего компонента из листового металла с незамкнутым сечением, выполненного с двумя в основном параллельными выступающими вниз стыковочными фланцами, штамповку нижнего компонента из листового металла с незамкнутым сечением, выполненного с двумя в основном параллельными выступающими вверх стыковочными фланцами и стыковую сварку стыковочных фланцев верхнего и нижнего компонентов из листового металла друг с другом.

Изобретение может быть использовано при производстве медалей нумизматического, фаллеристического назначения или монето-жетонных изделий, применяемых в наличном денежном обращении.

Изобретение может быть использовано, в частности, при резке листового стекла и/или других прозрачных или полупрозрачных хрупких материалов и при лазерной обработке крупногабаритных изделий сложной формы.

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.

Изобретение относится к устройству для фокусировки излучения волоконного лазера, предназначено для сварки, резки и других видов обработки. .
Изобретение относится к машиностроению, а именно к изготовлению слоистых сотовых панелей из титановых сплавов. .
Изобретение относится к машиностроению, а именно к изготовлению слоистых сотовых панелей из титановых сплавов. .
Изобретение относится к машиностроению, а именно к изготовлению слоистых сотовых панелей из титановых сплавов. .

Изобретение относится к способу и установке для сварки лазерным лучом по меньшей мере двух компонентов (102, 104) из суперсплавов. В способе обеспечивают по существу одновременное создание основного сварного шва (110) с использованием первого присадочного металла, расположенного между указанными компонентами (102, 104), и поверхностного сварного шва (112) с использованием второго присадочного металла, выполняемого поверх основного шва.

Изобретение относится к способу лазерной сварки. Для предотвращения разбрызгивания и прилипания к верхней поверхности обрабатываемой детали и оптическому компоненту во время сварки, а также предотвращения образования поднутрения или недостаточности заполнения шва на задней поверхности обрабатываемой детали лазерную сварку осуществляют излучением двух лазерных лучей вдоль линии сплавления со стороны верхней поверхности обрабатываемой детали.

Изобретение относится к способу (варианты) и системе (варианты) для лазерной сварки и может быть использовано для соединения различных деталей друг с другом. Система содержит источник (1) лазерного луча, коллиматор (2) лазерного луча и фокусирующее устройство (3).
Наверх