СОПЛО ДЛЯ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЯ

Полезная модель относится к устройствам лазерной наплавки и может быть использована при наплавке различных материалов лазерным излучением и при выращивании изделий из металлов с применением порошковых материалов.
Известно сопло для нанесения металлического покрытия на детали, содержащее канал, через который подводящий частицы поток газа направляется на обрабатываемый участок (см. патент ФРГ N 3011022, кл. B23K 26/00, 1981).
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому соплу для лазерной обработки изделия является сопло для лазерной наплавки, которое содержит корпус и установленную в нем вставку с центральным отверстием для прохода лазерного луча и патрубок для подачи легирующих элементов. Вставка установлена в корпусе с кольцевым зазором для подачи через него порошкообразных материалов в зону обработки из патрубка, установленного перпендикулярно оси сопла. При этом срез вставки размещен относительно среза корпуса на 0,1-0,7 диаметра сопла. Патрубок установлен в верхней части корпуса и служит для подачи защитного газа. Через отверстие в корпусе сопла и отверстие вставки лазерный луч направляют в зону обработки, а через патрубок в кольцевую полость между корпусом и вставкой подают порошкообразный материал, при этом луч неподвижен, а деталь с наплавляемым материалом перемещается, патент RU №2031764, C1, B23K 26/00, опубликованный 27.03.1995 г..
Недостатком описанного выше сопла является невысокое качество формируемого покрытия, которое зависит от степени защиты инертным газом зоны наплавки. Наплавка порошковых материалов на основе титана требует обильной защиты инертными газами такими как гелий (см. Григорьянц А.Г. Основы лазерной обработки материалов. М.: Машиностроение, 1989, с. 281-289).
Технический результат предлагаемого сопла для лазерной обработки изделия заключается в повышении качества формируемого покрытия на изделии, что приводит к получению изделия с хорошим сочетанием структуры и свойств.
Технический результат в сопле для лазерной обработки изделия, содержащем корпус и установленную в нем с кольцевым зазором вставку с центральным проходным каналом для прохода лазерного луча, патрубок, для подачи легирующих элементов введенный в кольцевой зазор, дополнительный патрубок для подачи инертного защитного газа, введенный в центральный проходной канал вставки и установленный перпендикулярно оси корпуса, достигается тем, что выше выходного отверстия кольцевого зазора снаружи к корпусу закреплен герметичный кожух.
Введенный признак для предлагаемого сопла, то, что выше выходного отверстия кольцевого зазора снаружи к корпусу закреплен герметичный кожух, который обеспечивает возможность максимальной защиты зоны обработки инертными газами от воздействия атмосферы окружающего воздуха, что в итоге позволяет расширить технологические возможности по сравнению с известным соплом.
На чертеже схематически изображено сопло для лазерной обработки изделия с подачей легирующих материалов - пример конкретной реализации. Сопло для лазерной обработки изделия содержит корпус 1 и установленную в нем вставку 2 с центральным проходным каналом для прохода лазерного луча. Вставка 2 установлена в корпусе 1 с кольцевым зазором 3 для подачи через него порошкообразных легирующих материалов в зону оси корпуса 1. Корпус 1 снабжен также дополнительным патрубком 6, установленным перпендикулярно оси корпуса 1 сопла в верхней части корпуса 1 для подачи в зону обработки 4 инертного защитного газа. Выше выходного отверстия 7 кольцевого зазора 3 снаружи к корпусу 1 закреплен герметичный кожух 8, удерживающий инертный защитный газ, изображенный на чертеже в виде стрелок. Столик 9 установлен с возможностью изменения своего положения в пяти координатах. На столике 9 располагается обрабатываемое изделие 10. Выше входного отверстия корпуса 1 установлен лазерный блок 11 (в примере конкретной реализации), лазерный луч которого 12 направляют непосредственно в зону обработки 4 обрабатываемого изделия 10 посредством волоконного кабеля.
В примере конкретной реализации имеется система приводов для взаимного перемещения корпуса 1 относительно поверхности обрабатываемого изделия 10 расположенного на столике 9, которая на чертеже не показана. Герметичный кожух может быть выполнен из стекла либо из кварца, либо полимера, например арамидов, наноциркония, поликарбосилана, либо композитного материала, например оксинитрида алюминия, ситаллов, стеклопластика, стеклоуглерода, либо металла (Патент RU 2339870, C1, F17C 11/00, опубликованный 27.11.2008).
Рассмотрим осуществление работы сопла. Перед началом работы предлагаемого сопла для лазерной обработки изделия обрабатываемое изделие 10 размещают на столике 9, включают подачу легирующих материалов, включают подачу инертного защитного газа, включают лазерный блок 11, имеющий волоконный кабель, закрепленный в центральном проходном канале корпуса 1. Через центральный проходной канал вставки 2 лазерный луч 12 направляют в зону обработки 4. Через патрубок 5 в полость между корпусом 1 сопла и вставкой 2 подают порошковый наплавляемый материал (например, самофлюсующийся или несамофлюсующийся) с инертным защитным газом и через дополнительный патрубок 6 одновременно подают инертный защитный газ (гелий или азот). Подача наплавляемого материала в кольцевой зазор 3 обеспечивает плавление порошка непосредственно в зоне обработки 4. В центральный проходной канал вставки 2 подают инертный защитный газ (гелий или азот) для защиты элементов фокусирующей оптики от частиц наплавляемого материала. Лазерная наплавка осуществляется по схеме: неподвижный лазерный луч 12 - перемещаемое обрабатываемое изделие 10. Столик 9 одновременно с обрабатываемым изделием 10 перемещают относительно лазерного луча 12 за счет системы приводов, которая на чертеже не показана. Зона обработки изделия - это место пересечения лазерного луча и подаваемого присадочного порошкового материала на поверхности изделия.
На металлическом столике 9 через выходное отверстие сопла послойно выращивают деталь 10 из порошкового присадочного материала, при этом поток частиц порошкового материала подают непосредственно в зону воздействия лазерного луча 12. Процесс происходит с использованием инертного защитного газа, что обеспечивает защиту обрабатываемого изделия 10 от окисления. При этом присадочный порошковый материал с защитным инертным газом подают к обрабатываемому изделию 10 коаксиально лазерному лучу 12. Частицы порошкового присадочного материала, доставляемые к обрабатываемому изделию 10, имеют высокую температуру вследствие взаимодействия с лазерным лучом 12. Под воздействием лазерного излучения происходит расплавление присадочного материала и послойное выращивание обрабатываемого изделия 10. Одновременно, в процессе обработки изделия 10 герметичный металлический кожух 8, установленный на корпусе 1 сопла удерживает инертный защитный газ, который после выхода из сопла устремляется вверх, обеспечивая более полную защиту получаемого покрытия.
После окончания процесса обработки изделия последовательно отключают лазерный блок 11, далее отключают подачу порошкового присадочного материала, затем отключают подачу инертного защитного газа. Устройство содержит систему приводов для взаимного перемещения корпуса 1 относительно поверхности обрабатываемого изделия размещенного на столике 9.
Применение предлагаемого сопла для лазерной обработки изделия по сравнению с прототипом, позволит повысить качество получаемого изделия за счет лучшей защиты инертными газами (гелий или азот); повысить экономичность использования защитного инертного газа.