УСТРОЙСТВО ЛАЗЕРНОЙ НАПЛАВКИ И ЛЕГИРОВАНИЯ
DEVICE FOR LASER SURFACING AND ALLOYING

Устройство относится к области лазерной обработки материалов и может быть использовано при наплавке различных материалов лазерным излучением и в лазерной стереолитографии с применением порошковых материалов.
Известно устройство лазерного легирования и наплавки [1], содержащее лазер, поворотное фокусирующее зеркало, манипулятор для закрепления и перемещения изделия, порошковый питатель с соплом.
Недостатком данного устройства является боковая подача порошка в зону обработки, что приводит к затенению лазерного луча потоком частиц, малое время пребывания частиц в области разогрева лазерным лучом и, как следствие, низкий КПД процесса, низкий коэффициент использования порошка, невысокая точность изготовления изделия.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство лазерного легирования и наплавки [2], содержащее лазер, оптически связанный с поворотным зеркалом и фокусирующей системой в виде конической линзы-аксикона, а также систему подачи наносимого материала, в виде трубки, расположенной по оптической оси фокусирующей системы.
Недостатком данного устройства является малый угол фокусировки бесселева пучка аксиконом, что обуславливает большую длину области фокусировки бесселева пучка и, как следствие, снижение интенсивности излучения в области порошковой струи и соответственно КПД процесса, снижение точности изготовления изделия. Кроме того, достаточно сложно организовать разогрев поверхности детали в области падения частиц.
Задачей данного изобретения является создание устройства лазерной наплавки и легирования, которое обеспечит раздельный нагрев частиц порошковой струи и поверхности детали, что обеспечивало бы повышение КПД процесса, точность изготовления изделия и коэффициент использования порошка.
Для выполнения поставленной задачи предложено устройство, содержащее лазер, оптически связанный с системой формирования кольцевого пучка и фокусирующей системой в виде конической призмы, формирующей конический лазерный пучок, а также систему подачи вдоль оптической оси фокусирующей системы наносимого материала.
Новым, по мнению авторов, является то, что устройство дополнительно снабжено кольцевым сферическим объективом, оптическая ось которого совпадает с оптической осью конического пучка, а фокус размещен на поверхности изделия.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлен общий вид предлагаемого устройства (фиг.1).
Устройство содержит лазер, оптически связанный с системой формирования кольцевого пучка в виде призм 1, 2 и фокусирующей системой, в качестве которой взята коническая призма 5, кольцевой сферический объектив 4, а также систему подачи наносимого материала, в виде трубки 3, расположенной по оптической оси фокусирующей системы.
Устройство работает следующим образом. Пучок лазера, расширенный до заданного размера и преобразованный в параллельный кольцевой, падает на коническую призму 5. Призма формирует конический пучок, имеющий фокальную область 6, близкую к цилиндрической. При углах γ, близких к 90°, длина области близка к ширине кольцевого пучка, что повышает интенсивность излучения в фокальной области. Наносимый порошок вводится по трубке 3 в фокальную область. Часть излучения лазера объективом 4 фокусируется на поверхность детали 7 в пятно, в которое наносится порошок.
Таким образом, обеспечивается раздельный нагрев порошка и поверхности детали, что существенно повысит КПД процесса наплавки и легирования, повышение точности изготовления изделия и коэффициента использования порошка.
Список литературы
1. Патент США №4117302 от 26.09.1978.
2. Чивель Ю.А. заявка №20020206 от 13.03.2002 г. Афiцыйны бюлетэнь, №2, с.26. 2003.