ГОЛОВКА ДЛЯ ЛАЗЕРНОЙ ПОРОШКОВОЙ НАПЛАВКИ В ТРУДНОДОСТУПНЫХ МЕСТАХ

Полезная модель относится к области металлургии, в частности к технологии производства изделий с применением порошков металлов и сплавов, а именно к оборудованию для лазерной газопорошковой наплавки металлов.
Известны технические решения по наплавке в труднодоступных местах от фирм Хаффман, Либурди и Лазеры и Аппаратура. В данных технических решениях используется технология DMD, которая требует адаптации к имеющейся оптической системе установки LENS, что не гарантирует работоспособность системы машинного зрения и при этом имеются большие потери порошка при наплавке.
Наиболее близким к данному техническому решению является конструкция головки для лазерной порошковой наплавки в труднодоступных местах, выполненная в виде усеченного конуса с центральным отверстием для лазерного луча и содержащая сопла для подачи газопорошковой смеси, размещенные в донной части головки под углом к оси лазерного пучка («LENS -технология лазерной наплавки» автор Н.М. Максимов, опубл. 03.07.2015, публикация на сайте промышленного интернет-портала www.mirprom.com (http://mirprom.com/public/lens-tehnologiya-lazernoy-naplavki.html)). Металлический порошок доставляется в зону наплавки одновременно с лучом лазера. Данное техническое решение не позволяет в полной мере решать поставленные задачи, так как для струйной головки точка фокуса расположена на расстоянии 25 мм и при этом имеются также большие потери порошка.
Данные технические решения по наплавке в труднодоступных местах по технологии DMD для установки LENS либо имеют ограничения по мощности подводимого излучения и производительности, либо из-за конструктивных особенностей точка фокуса не может быть установлена непосредственно на обрабатываемую поверхностью, либо большая часть порошка расходуется в холостую, не попадая и не оседая на обрабатываемой поверхности.
Техническим результатом, на достижение которого направлено данное техническое решение, является повышение производительности процесса лазерной порошковой наплавки на бандажные полки лопаток турбины.
Технический результат достигается тем, что головка для лазерной порошковой наплавки в труднодоступных местах, выполненная в виде усеченного конуса с центральным отверстием для лазерного луча и содержащая сопла для подачи газопорошковой смеси, размещенные в донной части головки под углом к оси лазерного пучка, в отличие от известной она выполнена со сквозными отверстиями, расположенными по периферии усеченного конуса, при этом сопла для подачи газопорошковой смеси вмонтированы в штуцеры, герметично установленные в двух сквозных отверстиях донной части головки, расположенных симметрично относительно центрального отверстия, и размещены друг напротив друга симметрично под углом 27° к оси лазерного пучка.
Значение угла в 27° к оси лазерного пучка выбиралось из конструктивных соображений (обеспечение подвода головки в зону наплавки бандажных полок), а также, используя встроенную в установку камеру слежения за процессом, обеспечением минимального диаметра газопорошкового потока в точке фокусировки лазерного луча и на всей длине его перетяжки. Минимально необходимой скорости потока порошковых частиц. Минимально необходимая скорость выбиралась из условия переноса максимально большего количества частиц в зону расплав и отсутствие перегрева частиц под лучом (часть легкоплавких легирующих элементов может выгореть еще до образования общей ванны расплава). В связи с этим, необходимо подавать их под наиболее тупым углом к подложке, сводя время пребывания под лучом к минимуму.
Данное решение поясняется чертежами, на которых представлено:
фиг. 1 - внешний вид головки для лазерной порошковой наплавки; фиг. 2 - схема подачи порошка.
Головка для лазерной порошковой наплавки в труднодоступных местах (фиг. 1) выполнена в виде усеченного конуса 1 с центральным отверстием 2 для лазерного луча. В донной части головки под углом к оси лазерного пучка размещены сопла 3 и 4 для газопорошковой смеси. По периферии усеченного конуса выполнены сквозные отверстия. При этом сопла 3 и 4 для подачи газопорошковой смеси вмонтированы в штуцеры 5 и 6, которые герметично установлены в двух сквозных отверстиях 7 и 8 донной части головки, расположенных симметрично относительно центрального отверстия 2 и размещены друг напротив друга симметрично под углом 27° к оси лазерного пучка 9.
Использование данного устройства позволит выполнять наплавку на зигах бандажных полок с высотой боковой стенки до 35 мм путем подвода порошка (фиг. 2) в струе технологических газов через два сопла 3 и 4, расположенных напротив  друг друга под углом 27° к оси лазерного пучка 9. Общая конструкция не требует перенастройки оптического тракта (используемые головки не содержат элементы оптики, как то линзы, призмы и т.д.), так как точка фокуса луча не изменит свое положение, соответственно не нарушится работоспособность тракта системы машинного зрения и не снизится допустимая подводимая мощность лазерного излучения. Использование угла наклона к оси лазерного излучения позволяет избежать сдувания ванны расплава защитными газами из оптического тракта и транспортными газами, переносящими порошок. При этом взаимодействие двух направленных встречно газопорошковых струй снижает вероятность отражения частиц от поверхности или отклонения их от траектории. В результате внедрения предлагаемого решения будет снижен процент не используемого порошка (порошка, не попавшего в ванну расплава и сдутого защитным газом), будет обеспечена возможность наплавки в труднодоступных местах на полной мощности излучения. Эти обстоятельства приводят к повышению качества наплавки, повышению коэффициента использования порошка и увеличению производительности процесса.
Таким образом, данное техническое решение позволяет повысить производительность процесса лазерной порошковой наплавки на бандажные полки лопаток турбины.