СОПЛО ДЛЯ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ Российский патент 2004 года по МПК B23K26/14 

Изобретение относится к оборудованию для лазерной обработки, в частности к устройствам для лазерной наплавки.

Известно устройство для лазерной обработки, содержащее излучатель, установленные в корпусе фокусирующий объектив с насадкой, эжекторное сопло и газоприемник, причем насадка выполнена с направляющей проточкой с конической торцовой стенкой, в которой выполнен открытый канал. Устройство предназначено для повышения качества обработки и уменьшения расхода технологического газа для защиты сварного шва (а.с. СССР № 1824275, В 23 К 26/00, 1990).

Недостатком известного сопла является невозможность получения одинакового по размеру наплавленного валика при разных направлениях перемещения детали. Известное устройство не предназначено для подачи порошка в зону наплавки.

Наиболее близким по технической сущности является сопло для лазерной обработки, содержащее корпус, вставку и патрубок для подачи порошка. Вставка установлена в корпусе с кольцевым зазором, при этом торец вставки размещен на расстоянии от торца корпуса, равном 0,1-0,7 диаметров сопла, а патрубок для подачи порошка через стенку корпуса введен в кольцевой зазор перпендикулярно оси сопла (патент РФ № 2031764, В 23 К 26/00, 1991).

Недостатком известного сопла является невозможность обеспечить равномерную подачу порошка в зону наплавки и получение одинакового по размеру наплавленного валика при разных направлениях перемещения детали, а также низкий КПД использования порошка.

Задачей изобретения является обеспечение равномерной подачи порошка в зону наплавки и получение одинакового по размеру наплавляемого валика независимо от направления перемещения детали, а также повышение КПД использования порошка.

Задача решается тем, что в сопле для лазерной обработки, содержащем корпус, вставку, выполненную в виде усеченного круглого конуса, и патрубок для подачи газопорошковой смеси в кольцевой зазор между корпусом и вставкой, по образующим вставки выполнены каналы, оси которых пересекаются внутри сопла, в кольцевом зазоре установлено кольцо, внутренняя поверхность которого образована круглым конусом, основание круглого конуса совмещено с основанием вставки, а патрубок для подачи газопорошковой смеси установлен тангенциально внутренней поверхности кольца.

Внутренняя поверхность кольца выполнена из высокопрочного сплава.

Известно устройство для лазерно-дуговой обработки, содержащее корпус, сопло, электрод и линзу, установленную соосно электроду, который выполнен полым, водоохлаждаемым и установлен через завихритель на водоохлаждаемом сопле, выполненном с каналом для выхода плазменной дуги, а линза установлена в полости электрода и фокус ее расположен в центре соплового канала (а.с. СССР № 1815085, В 23 К 26/00, 1989).

Недостатком известного устройства является невозможность производить наплавку порошком с подачей его в сопло, т.к. в завихрителе порошок будет разбрасываться по стенке и прилипать к ней за счет центробежных сил. Известное устройство не предназначено для подачи порошка в зону наплавки. Известным устройством невозможно обеспечить одинаковый по размеру наплавляемый валик при наплавке в разных направлениях перемещения детали.

В предлагаемом техническом решении газопорошковая смесь вращается по внутренней стенке кольца по спирали и порошок равномерно попадает в каналы вставки.

Пересечение осей каналов вставки внутри сопла обеспечивает попадание порошка в зону лазерного излучения.

На фиг.1 приведена принципиальная схема сопла для лазерной обработки;

на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1;

на фиг.3 - сечение В-В на фиг.1.

Сопло для лазерной обработки содержит корпус 1, вставку 2 и патрубок 3 для подачи газопорошковой смеси в кольцевой зазор а между корпусом 1 и вставкой 2. Вставка 2 выполнена в виде усеченного круглого конуса. По образующим вставки 2 выполнены каналы b, оси 4 которых пересекаются внутри сопла в точке О. В кольцевом зазоре а установлено кольцо 5, внутренняя поверхность с которого образована круглым конусом. Основание d круглого конуса совмещено с основанием вставки 2. Патрубок 3 для подачи газопорошковой смеси установлен тангенциально внутренней поверхности с кольца 5.

Устройство работает следующим образом.

Лазерный луч направляют в зону обработки. Через патрубок 3 в кольцевой канал а подают газопорошковую смесь, которая перемещается по поверхности с, порошок равномерно распределяется по кольцевому зазору а и попадает в каналы b. Из каналов b порошок попадает в зону лазерного луча, где нагревается и частично расплавляется. Полностью порошок расплавляется в зоне наплавки. Получают одинаковый по размеру наплавляемый валик независимо от направления движения наплавляемой детали.

Во время движения порошка по стенке с возможен быстрый износ материала стенки, поэтому стенка с выполнена из высокопрочного сплава, что обеспечивает длительность эксплуатации сопла.

Защита наплавляемого валика осуществляется исходящими потоками газа из сопла.

Пример конкретного выполнения.

Мощность лазерного излучения устанавливают в пределах 1,5-2 кВт. Фокус лазерного луча устанавливают на поверхности наплавляемой детали. Порошок из материала ЖС6К и транспортирующий его газ (аргон) подают в зону наплавки с расходом транспортирующего газа в пределах 2-4 л/мин. Количество подаваемого порошка устанавливают так, чтобы обеспечить наплавку с заданной геометрией валика: ширина 2-3 мм и высота 1,5-2 мм. Деталь перемещают со скоростью 10-12 м/час.

Рентген и ЛЮМ-контроль в наплавленном слое дефектов не выявил.

Предлагаемое сопло обеспечивает равномерную подачу порошка в зону наплавки, повышается КПД использования порошка за счет полного его использования, получается одинаковый по размеру наплавленный валик независимо от направления перемещения детали.

Изобретение относится к оборудованию для лазерной обработки. Сопло для лазерной обработки содержит корпус 1, вставку 2 и патрубок 3 для подачи газопорошковой смеси в кольцевой зазор а между корпусом 1 и вставкой 2. Вставка 2 выполнена в виде усеченного круглого конуса. По образующим вставки 2 выполнены каналы b, оси 4 которых пересекаются внутри сопла в точке О. В кольцевом зазоре а установлено кольцо 5, внутренняя поверхность с которого образована круглым конусом. Основание d круглого конуса совмещено с основанием вставки 2. Патрубок 3 для подачи газопорошковой смеси установлен тангенциально внутренней поверхности с кольца 5. Такая конструкция сопла обеспечивает равномерную подачу порошка в зону наплавки, повышает КПД использования порошка за счет полного его использования и позволяет получить равнозначный наплавленный валик вне зависимости от направления перемещения детали. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Сопло для лазерной обработки, содержащее корпус, вставку, выполненную в виде усеченного круглого конуса, и патрубок для подачи газопорошковой смеси в кольцевой зазор между корпусом и вставкой, отличающееся тем, что по образующим вставки выполнены каналы, оси которых пересекаются внутри сопла, в кольцевом зазоре установлено кольцо, внутренняя поверхность которого образована круглым конусом, основание круглого конуса совмещено с основанием вставки, а патрубок для подачи газопорошковой смеси установлен тангенциально внутренней поверхности кольца.2. Сопло для лазерной обработки по п.1, отличающееся тем, что внутренняя поверхность кольца выполнена из высокопрочного сплава.