Способ лазерной наплавки металлических покрытий


 


Владельцы патента RU 2618013:

Чурляева Ольга Николаевна (RU)
Татаркин Денис Юрьевич (RU)
Бирюков Владимир Павлович (RU)
Фишков Алексей Анатольевич (RU)
Гудушаури Элгуджа Георгиевич (RU)

Изобретение относится к способу лазерной наплавки металлических покрытий и может быть использовано при изготовлении инструментов и деталей технологической оснастки. Способ включает подачу порошкообразного присадочного материала на поверхность заготовки и облучение сканирующим лучом лазера зоны подачи присадочного материала. Сканирование лазерного луча осуществляют в направлении, перпендикулярном направлению перемещения луча или заготовки, с частотой лазерного луча f=3-600 Гц и амплитудой сканирования А=(3-30) d, где d - диаметр лазерного луча. Технический результат заключается в расширении площади наплавки и повышении прочностных свойств наплавленного слоя. 2 ил.

 

Изобретение относится к области технологической обработки материалов, в частности к лазерной обработке материалов, и может быть использовано для наплавки металлических покрытий при изготовлении инструментов и деталей технологической оснастки.

Известен способ лазерной наплавки, включающий воздействие лазерного излучения на порошки быстрорежущей стали с последующим отжигом, закалкой и отпуском послойно нанесенных на заготовку деталей (патент РФ №2032513 по кл. В23K 26/00 от 10.04.1995 г.).

Недостатками данного способа являются сложность и длительность технологического процесса лазерной наплавки и ограниченные площади зоны обработки.

Известен также способ лазерной обработки поверхностного слоя деталей, включающий воздействие лазерным излучением поверхности обрабатываемого изделия (патент РФ №1764904 по кл. В23K 26/00 от 30.09.1992 г.).

В данном патенте используется одновременное воздействие поверхности изделия лазерным лучом и локализованным в зоне обработки дуговым разрядом, возбуждаемым между деталью и электродом.

Данный способ позволяет увеличить площадь зоны обработки и равномерность глубины проплавления, однако использование дугового разряда между деталью электродом предусматривает синхронное модулирование мощности дугового разряда со сканированием лазерного луча, синхронное колебание электрода со сканированием лазерного луча и синхронное изменение расстояния между электродом и пятном воздействия лазерного луча на поверхность детали.

Это усложняет технологию лазерной обработки поверхностного слоя, снижает производительность процесса обработки и ограничивает возможности расширения площади зоны обработки.

Известен способ лазерной наплавки, включающий нагревание локализованного участка подложки при помощи лазера, формирование ванны расплава из порошкового материала и подачу его на подложку, перемещение подложки относительно лазерного луча (патент РФ №2228243 по кл. В23K 26/34 от 10.05.2004 г.).

Недостатком данного способа являя.тся ограниченные возможности расширения площади зоны наплавки.

Наиболее близким решением по совокупности существенных признаков является способ лазерной наплавки металлических покрытий, включающий нанесение на обрабатываемую поверхность присадочного материала и последующее облучение сфокусированным лучом лазера путем сканирования его по обрабатываемой поверхности, при этом сканирование осуществляют по круговой траектории (патент РФ №2366553 по кл.В23K 36/34 от 20.01.2009 г.).

При этом сканирование по круговой траектории осуществляют лазерным лучом диаметром d, меньшим диаметра D вращения луча лазера, а диаметр вращения луча лазера меньше следующего соотношения: (2Р/2πλТ+2αd), где Р - мощность лазерного излучения; λ - теплопроводность материала заготовки; Т - температура плавления присадочного материала; α - коэффициент, зависящий от шага перемещения луча; d - диаметр лазерного луча.

Указанные зависимости позволяют определить условия лазерной наплавки, направленные на повышение прочностных свойств материала наплавленного слоя за счет снижения в нем количества пор.

Недостатками данного способа являются ограниченные возможности расширения площади наплавки, относительно низкая производительность процесса наплавки и недостаточная прочность наплавленного слоя.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в повышении производительности процесса наплавки, расширении площади наплавки и повышении прочностных свойств наплавленного слоя.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе лазерной наплавки металлических покрытий, включающем подачу порошкообразного присадочного материала на поверхность заготовки и облучение сканирующим лучом лазера зоны подачи присадочного материала, сканирование лазерного луча осуществляют в направлении, перпендикулярном направлению перемещения луча или заготовки с частотой лазерного луча f=3÷600 Гц и амплитудой сканирования А=(3÷30) d, где d - диаметр лазерного луча.

На фиг.1 представлена иллюстрация способа лазерной наплавки, порошкообразного присадочного материала, 3 - зеркало для сканирования лазерного луча 4 (лазер условно не показан).

На фиг.2 представлена иллюстрация двух наплавленных с перекрытием участков, где 5 и 6 - наплавленные участки, 7 - зона перекрытия участков.

Способ лазерной наплавки металлических покрытий осуществляется следующим образом.

При помощи элементов 2 осуществляется подача порошкового присадочного материала на заготовку и облучение лазерным лучом зоны, на которую осуществлялась подача присадочного материала. При этом частота лазерного луча f=3÷600 Гц, амплитуда сканирования А=(3÷30) d, где d - диаметр лазерного луча при удельной плотности энергии излучения лазера 25-75 Вт⋅с/мм2.

Указанные режимы обеспечивают минимально допустимое значение величины перекрытия, ибо повышенное значение величины перекрытия приводит к выгоранию легирующих элементов и снижению твердости углерода, что в конечном итоге ухудшает прочностные свойства наплавленного слоя.

Указанный диапазон частоты лазерного луча и амплитуды сканирования дают возможность расширить площадь наплавки и повысить производительность процесса лазерной наплавки металлических покрытий.

Способ лазерной наплавки металлических покрытий, включающий подачу порошкообразного присадочного материала на поверхность заготовки и облучение сканирующим лучом лазера зоны подачи присадочного материала, отличающийся тем, что сканирование лазерного луча осуществляют в направлении, перпендикулярном направлению перемещения луча или заготовки, с частотой лазерного луча f=3 - 600 Гц и амплитудой сканирования A=(3 - 30)d, где d - диаметр лазерного луча.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области лазерного резания с нагнетанием потока продувочного газа в зону резания для удаления шлаков и газов, образующихся в процессе резания.

Изобретение относится к способу лазерно-порошковой наплавки защитного покрытия на входную кромку рабочей лопатки паровой турбины из стали марки 13Х11Н2В2МФ-Ш, или 15Х11МФ-Ш, или 20X13.

Изобретение относится к способу цветной маркировки поверхности металла или его сплава лазерным импульсным излучением и может использоваться для обработки поверхности металлов.

Изобретение относится к сварочному оборудованию, а именно к комбинированным (гибридным) лазерно-дуговым установкам. Установка для лазерно-дуговой сварки деталей содержит основание с установленной на нем кинематической системой перемещения сварочного модуля с оптической лазерной головкой и горелкой, а также оснастку для установки и приведения во вращение свариваемых деталей.

Изобретение относится к области лазерной обработки и может быть использовано для формирования рельефной поверхности на стальном тиснильном вале. Формирование рельефной поверхности представляет собой выполнение макрорельефа с размерами элементов свыше 20 мкм и глубинами до 150 мкм включительно путем лазерного воздействия при следующих параметрах: плотность энергии в режиме генерации единичных импульсов равна 0,5-3,5 Дж/см2, средняя плотность энергии в режиме генерации пачек импульсов равна 0,5-70 Дж/см2 на импульс, длина волны равна 532-1064 нм, частота повторения импульсов равна от 1 кГц до 10 МГц, расстояние между импульсами на детали составляет 10-50% от диаметра пучка для фемтосекундного лазера и 10-25% или 40-50% от диаметра пучка для пикосекундного лазера, фокальная плоскость лазерного пучка расположена на поверхности детали, и скорость перемещения пучка равна или более 100 м/с.

Изобретение относится к области лучевой сварки и может быть использовано в производстве панельных стрингерных конструкций. Способ включает установку стрингера на бурт, выполненный на обшивке по месту расположения стрингера, и его прихватку, позиционирование и прижим стрингера в зоне сварки посредством головки с направляющими роликами, сварку стрингера с буртом обшивки одновременно двумя лучами, направленными с двух противоположных сторон стрингера и перемещаемыми вдоль сварного стыка стрингера.

Изобретение относится к способу наплавки металлических деталей (301) для турбореактивного двигателя летательного аппарата и оснастке для его осуществления. Металлическую деталь устанавливают в положение для наплавки (301) в камере (201), имеющей верхнюю часть (202) с отверстием (208).

Изобретение относится к области газотермического напыления покрытий, в частности к способам напыления жаростойких и теплозащитных покрытий. Наносят основной металлический жаростойкий подслой.

Изобретение относится к области лазерных машин для создания перфораций в фильтрах комбинированных сигарет, сформированных из двух сигарет с двойным фильтром между ними.

Изобретение относится к способу рекуперации неиспользованной энергии оптического излучения оптического обрабатывающего устройства (1), содержащего по меньшей мере один источник света, в частности источник (2) лазерного излучения или источник света с множеством светодиодов, оптическому обрабатывающему устройству (1) для обработки заготовки (5) (варианты) и рекуперационному устройству.

Изобретение относится к лазерной технологии и может быть использовано для обработки поверхности драгоценных металлов. Осуществляют напыление на поверхность изделия пленки из окисляющегося металла. Локально нагревают лазерным излучением пленку с последующим построением градуировочной кривой зависимости цвета модифицированной поверхности пленки от режимов лазерного воздействия. Наносят изображение воздействием лазерного излучения на режимах, выбранных по полученной градуировочной кривой. Изобретение позволяет расширить возможности нанесения изображений на изделия из драгоценных металлов. 2 ил., 1 пр.

Изобретение относится к способу лазерной наплавки на изделие (варианты) и устройству для его осуществления (варианты). Наплавку выполняют с использованием инертного газа и порошкового присадочного материала. По первому варианту одновременно с оплавлением лазерным лучом поверхность обрабатываемого изделия подвергают воздействию ультразвуковых колебаний, воздействию электромагнитных или магнитных полей. По второму варианту одновременно с оплавлением лазерным лучом поверхность обрабатываемого изделия подвергают воздействию электромагнитных или магнитных полей. Устройство содержит лазерный блок, корпус сопла и установленную в нем с кольцевым зазором вставку с центральным проходным каналом для лазерного луча, патрубок для подачи легирующих элементов в кольцевой зазор, дополнительный патрубок для подачи инертного защитного газа в центральный проходной канал вставки, установленный перпендикулярно оси корпуса, и систему приводов для взаимного перемещения корпуса относительно поверхности столика, служащего для размещения обрабатываемого изделия на столике. По первому варианту устройство содержит ультразвуковой генератор, электромагнитную антенну, генератор электромагнитных или магнитных полей, установленные ниже выходного отверстия кольцевого зазора корпуса. По второму варианту устройство содержит электромагнитную антенну, генератор электромагнитных или магнитных полей, установленные ниже выходного отверстия кольцевого зазора корпуса. Технический результат заключается в повышении качества формируемого покрытия на изделии. 4 н.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх