ОПРАВКА, ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ПРИ ЛАЗЕРНОЙ СВАРКЕ ФОРСУНКИ И ЖИКЛЕРА

Полезная модель относится к области лазерного оборудования и может быть использована для лазерной сварки тонкостенных деталей из сталей и титановых сплавов, например, топливных форсунок жидкостных ракетных двигателей и космических аппаратов.
В настоящее время одной из наиболее ответственных операций изготовления топливных форсунок, используемых в топливных системах жидкостных ракетных двигателей и космических аппаратов, является соединение по торцам ее составных частей (корпуса и жиклера), которое осуществляется, в основном, с использованием аргоно-дуговой сварки.
-3
2
5
2
Основным недостатком применения аргонно-дуговой сварки форсунок ЖРД является возникновение деформаций свариваемых деталей, что приводит к большому объему механической обработки, снижению прочности и, в некоторых случаях, надежности изделий. Повышенная деформация деталей при сварке форсунок связана в первую очередь с плотностью вводимой энергии и площадью пятна нагрева. При аргонно-дуговой сварке площадь пятна нагрева составляет 1·10 см при плотности вводимой энергии 1·10 Вт/см.
Лазерное излучение имеет высокую степень фокусировки, что обеспечивает большую степень концентрации энергии и практическое отсутствие деформации свариваемых элементов за счет высоких скоростей нагрева и охлаждения. Применение вместо аргонно-дуговой лазерной сварки уменьшит или исключит деформацию свариваемых деталей, повысит качество сварных соединений и обеспечит требуемые прочностные и эксплуатационные характеристики изделий, (см., например, А.Г. Григорьянц и др. «Технологические процессы лазерной обработки», Москва, «МГТУ им. Н.Э. Баумана», 2008 г.)
При проведении патентного поиска из уровня техники не выявлены решения, в которых для соединения составных частей форсунок используется лазерная сварка.
Техническим результатом настоящей полезной модели является повышение качества и производительности сварки форсунок.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что устройство для лазерной сварки форсунок содержит оправку, предназначенную для установки свариваемых корпуса форсунки и жиклера, причем на оправке выполнен хвостовик меньшего диаметра, в хвостовике имеется осевой канал, к которому подведены выполненные в хвостовике радиальные отверстия, причем на хвостовике имеется резьбовой участок, предназначенный для навинчивания прижима, на торце которого имеется осевая кольцевая расточка, имеющая возможность контактирования с торцом жиклера, а также выполненные на наружной и внутренней поверхностях прижима кольцевые проточки, сообщающиеся друг с другом посредством выполненных в прижиме радиальных отверстий, при этом на наружной поверхности прижима закреплена втулка, имеющая конический участок, образующий сопло с поверхностью прижима.
Сущность заявленной полезной модели поясняется графическими материалами, на которых представлено заявленное устройство, осевой разрез.
Устройство для лазерной сварки форсунок состоит из оправки 1 имеющей хвостовик 2 меньшего диаметра. В хвостовике выполнен осевой канал 3, к которому подведены выполненные в хвостовике радиальные сквозные отверстия 4.
Хвостовик имеет резьбовой участок, на который навинчен прижим 5. На одном из торцов прижима выполнена осевая расточка 6, торец которой служит опорой для жиклера при установке подлежащего сварке изделия на оправку. Снаружи и внутри прижима выполнены кольцевые проточки 7 и 8 соединенные радиальными каналами 9.
Снаружи на прижиме закреплена втулка 10, имеющая коническую часть, которая образует кольцевое сопло с поверхностью прижима.
Устройство для лазерной сварки форсунок работает следующим образом.
Надевают на оправку 1 корпус форсунки и жиклер. Вращением прижима 5 по резьбовой части хвостовика 2 поджимают торец жиклера к торцу корпуса форсунки, при этом второй торец жиклера упирается в торец расточки 6, а стык торцов корпуса форсунки и жиклера находится в зоне образованного кольцевого сопла. Крепят оправку в зажимной механизм (например, патрон) установки для лазерной сварки (не показана). Осевой канал 3 соединяют с магистралью подачи защитного газа (например, аргона). Наводят лазер (не показан) на стык корпуса и жиклера. Устройство подготовлено к процессу лазерной сварки.
Для сварки корпуса с жиклером (сварки форсунки) включают подачу защитного газа, вращение оправки и лазер. В процессе вращения оправки лазер сваривает жиклер с корпусом форсунки, формируя кольцевой шов. При этом, защитный газ, через канал 3 и радиальные отверстия 4 поступает в зазор между хвостовиком оправки и внутренней поверхностью свариваемого изделия, защищая зону сварки изнутри, и, далее, проходя через кольцевые проточки 7 и 8 и радиальные каналы 9, под давлением истекает через кольцевое сопло, защищая зону сварки снаружи.
По окончании процесса сварки отключают лазер, вращение оправки и подачу защитного газа. Снимают оправку 1 с установки, свинчивают с хвостовика 2 оправки прижим 5 и снимают с оправки сваренное изделие. Процесс сварки закончен.
Достоинствами данной конструкции является возможность обеспечения качественной лазерной сварки за счет защиты от окисления зоны сварки снаружи и изнутри формируемого шва, а также за счет точного центрирования корпуса форсунки и жиклера и глубокого проплавления свариваемого шва. Использование данного устройства значительно сокращает как время подготовки к сварке, так и сам процесс сварки, что позволяет существенно повысить производительность работы.
Устройство просто конструктивно, удобно при эксплуатации его использование позволяет отказаться от использования аргонно-дуговой сварки при изготовлении форсунок.