RU187996U1 - Сопловая головка для лазерной порошковой наплавки - Google Patents
Сопловая головка для лазерной порошковой наплавки Download PDFInfo
- Publication number
- RU187996U1 RU187996U1 RU2018132690U RU2018132690U RU187996U1 RU 187996 U1 RU187996 U1 RU 187996U1 RU 2018132690 U RU2018132690 U RU 2018132690U RU 2018132690 U RU2018132690 U RU 2018132690U RU 187996 U1 RU187996 U1 RU 187996U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- holes
- powder
- angular distance
- laser
- materials
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 44
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 39
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 12
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/34—Laser welding for purposes other than joining
- B23K26/342—Build-up welding
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области металлургии, в частности технологии производства изделий с применением металлических порошков (порошковой металлургии), а более конкретно, к оборудованию для лазерной газопорошковой наплавки металлов.
Сущность полезной модели состоит в том, что сопловая головка для лазерной порошковой наплавки, выполнена в виде цилиндра с центральным отверстием для лазерного луча. Цилиндр снабжен по периферии сквозными отверстиями, с осями, расположенными на общей окружности, с одинаковым угловым расстоянием друг от друга, при этом нижние полости отверстий являются выходными соплами, а верхние – снабжены штуцерами для подачи газопорошковой смеси материала А. Цилиндр состоит из двух частей, первая из которых неподвижна, снабжена штуцерами для подачи газопорошковой смеси, и имеет шесть отверстий для подачи материалов А и Б, чередующихся между собой, при этом оси всех шести отверстий расположены на общей окружности и равном угловом расстоянии друг от друга. Вторая часть, выполненная с возможностью поворота относительно первой, и, также, снабженная по периферии шестью отверстиями, соосными отверстиям неподвижной части, имеет три дополнительных отверстия, лежащих на равном угловом расстоянии друг от друга, на общей с отверстиями А и Б окружности, при этом каждое из дополнительных отверстий расположено между отверстиями А и Б, а их оси отстоят от отверстий А и Б на равном угловом расстоянии.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в том, что сопловая головка для лазерной порошковой наплавки выполнена в виде цилиндра, состоящего из двух частей – неподвижной и подвижной, имеющей возможность поворота относительно первой, что позволяет производить переключение между режимами подачи одного из двух возможных материалов или подачи этих материалов одновременно. Развитие этой идеи может дать возможность расширения вариантов использования головки, в частности увеличить количество одновременно или попеременно подаваемых материалов. Такое решение существенно увеличивает функциональность и удобство использования головки. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.
Description
Полезная модель относится к области металлургии, в частности, технологии производства изделий с применением металлических порошков (порошковой металлургии), а более конкретно, к оборудованию для лазерной газопорошковой наплавки металлов.
При использовании лазерной газопорошковой наплавки большое влияние на качество получаемого изделия оказывает способ подачи порошковых материалов в зону лазерного воздействия.
Способ подачи порошка влияет на время его пребывания при высоких температурах, и, как следствие - на формирование микрованны расплава и свойства металла после кристаллизации. Кроме того, в зависимости от конструкции сопловой головки, скорость частиц порошка может изменяться в широких пределах. Температура частиц при этом тоже значительно меняется. Например, при малых скоростях потока и длинных сопловых головках, порошок может быть перегрет под лучом, а часть легкоплавких легирующих элементов выгореть еще до образования общей микрованны расплава. Некоторые элементы, такие, как карбиды кремния и вольфрама, поглощают излучение определенной длины волны практически полностью и часто сгорают до попадания в покрытие. В связи с этим, необходимо подавать их под наиболее тупым углом к подложке, сводя время пребывания под лучом к минимуму.
Выделяют несколько основных способов подачи порошковых материалов в зону лазерного воздействия: боковая подача, многоструйная и коаксиальная подача порошка.
Многоструйная подача - это подача порошка из нескольких сопел одновременно. Она является развитым методом боковой подачи и обеспечивает симметрию подачи порошка относительно направления движения. Обычно в конструкциях таких головок используют 3 - 4 сопла, расположенных на одинаковом угловом расстоянии друг от друга. На выходе из сопел частицы порошка имеют скорость выше, чем при других способах подачи. Как результат, такой метод подачи не чувствителен к направлению передвижения относительно подачи порошка и допускает наклон сопловой головки в широких пределах, до 45 градусов от вертикали. Это упрощает обработку крупногабаритных деталей без их перемещения в пространстве.
Известна сопловая головка для лазерной обработки с подачей порошкообразных легирующих элементов [RU 2031764], содержащая корпус и установленную в нем вставку с центральным отверстием для прохода лазерного луча, а также патрубок для подачи легирующих элементов, при этом, вставка установлена в корпусе с кольцевым зазором, торец вставки размещен на расстоянии от торца корпуса, равном 0,1 - 0,7 диаметра сопла, а патрубок для подачи легирующих элементов через стенку корпуса введен в кольцевой зазор перпендикулярно к оси сопла.
Также, известна трехкамерная сопловая головка для газопорошковой лазерной наплавки [RU 165282], содержащая внешнее сопло со штуцером для подвода газопорошковой смеси, внутреннее направляющее сопло для подвода защитного газа и внешнюю обойму, имеющую штуцер для подвода формирующего поток газопорошковой струи защитного газа, при этом внутреннее сопло и внешняя обойма установлены с возможностью перемещения относительно внешнего сопла.
Общим недостатком описанных коаксиальных головок является неравномерное распределение порошкообразных элементов в кольцевом зазоре сопловой головки и на обрабатываемом участке, приводящее к невысокому качеству формирующегося покрытия.
Предпринимаются усилия, направленные на преодоление отмеченных выше недостатков, присущих коаксиальным головкам.
Например, известна сопловая головка [RU 2230640], содержащая корпус, вставку, выполненную в виде усеченного круглого конуса, и патрубок для подачи газопорошковой смеси в кольцевой зазор между корпусом и вставкой, при этом, 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.
Недостатком этого решения является сложность и низкая надежность получившейся конструкции из-за высокой вероятности (особенно при нагреве головки) образования пробок в узких каналах вставки. При этом невозможно диагностировать и устранить названную проблему без демонтажа и разбора головки. Кроме того, подача порошковых материалов тангенциально внутренней поверхности кольца увеличивает износ некоторых внутренних поверхностей головки, соприкасающихся с газопорошковой струей.
Общие недостатки, присущие коаксиальным головкам, определили усиление интереса к многоструйным головкам, содержащим несколько независимых сопел. Использование этих сопел в разных комбинациях с разными материалами может существенно расширить возможности аддитивных технологий, что особенно важно при создании функционально-градиентных материалов. Применение коаксиальных головок исключает возможность гибкого управления процессом наплавки, когда можно быстро, не останавливая работу, произвести переключение с подачи одного материала на другой или выбрать режим одновременной подачи двух материалов.
Известен способ газопорошковой лазерной наплавки с подачей порошка из двух сопел [RU 2100479]. Из одного сопла порошок подают вслед движению изделия, в головную часть лазерного пятна, а из другого сопла - навстречу движению изделия в центральную и хвостовую часть лазерного пятна.
Из практики известно, что наилучший результат показывают многоструйные головки, содержащие три или четыре сопла для подачи одного материала. Использование только двух сопел, расположенных на линии по ходу движения лазерной головки, способствует неполному заполнению порошком боковых зон обрабатываемого участка, что приводит к низкому качеству формирующегося покрытия.
В качестве прототипа выбран способ газопорошковой лазерной наплавки [RU 2016131950], при котором на наплавляемую поверхность металлического изделия воздействуют лазерным лучом, а в зону наплавки транспортирующим газом подают четыре струи порошкового материала из четырех независимых сопел, перемещаемых совместно с лазерным лучом и расположенных относительно него всегда осесимметрично. При этом первое сопло расположено впереди лазерного луча, второе и третье - слева и справа от луча, а четвертое сопло - позади луча.
Легко увидеть, что подобная конструкция является развитием способа с подачей материалов через два сопла, что устраняет недостатки, присущие двухсопловой головке. Но, в тоже время, головка с четырьмя соплами не полностью реализует возможности многоструйных головок, отмеченные выше, т.к. ограничена подачей только одного материала. Все рассмотренные сопловые головки не позволяют производить быстрое переключение в процессе работы с подачи одного материала на другой, а также осуществлять подачу сразу двух материалов.
Таким образом, задачей полезной модели является увеличение функциональности и удобства использования многоструйных головок, что особенно важно при получении функционально-градиентных материалов с использованием аддитивных технологий.
Поставленная задача достигается за счет того, что сопловая головка для лазерной порошковой наплавки, выполнена в виде цилиндра с центральным отверстием для лазерного луча. Цилиндр снабжен по периферии сквозными отверстиями, с осями, расположенными на общей окружности, с одинаковым угловым расстоянием друг от друга, при этом нижние полости отверстий являются выходными соплами, а верхние – снабжены штуцерами для подачи газопорошковой смеси материала А. Цилиндр состоит из двух частей, первая из которых неподвижна, снабжена штуцерами для подачи газопорошковой смеси, и имеет шесть отверстий для подачи материалов А и Б, чередующихся между собой, при этом оси всех шести отверстий расположены на общей окружности и равном угловом расстоянии друг от друга. Вторая часть, выполненная с возможностью поворота относительно первой, и, также, снабженная по периферии шестью отверстиями, соосными отверстиям неподвижной части, имеет три дополнительных отверстия, лежащих на равном угловом расстоянии друг от друга, на общей с отверстиями А и Б окружности, при этом каждое из дополнительных отверстий расположено между отверстиями А и Б, а их оси отстоят от отверстий А и Б на равном угловом расстоянии.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в том, что сопловая головка для лазерной порошковой наплавки, выполнена в виде цилиндра, состоящего из двух частей – неподвижной и подвижной, имеющей возможность поворота относительно первой, что позволяет производить переключение между режимами подачи одного из двух возможных материалов или подачи этих материалов одновременно. Развитие этой идеи может дать возможность расширения вариантов использования головки, в частности, увеличить количество одновременно или попеременно подаваемых материалов. Такое решение существенно увеличивает функциональность и удобство использования головки.
На прилагаемых к описанию чертежах дано:
- Изображение подвижной и неподвижной части сопловой головки с обозначением на неподвижной части каналов подачи материала (фиг. 1);
- Изображение подвижной и неподвижной части сопловой головки с указанием углового положения сопел на них (фиг. 2);
- Изображение сопловой головки с указанием положения ее подвижной части для подачи одновременно материалов А и Б (фиг. 3);
- Изображение сопловой головки с указанием положения ее подвижной части для подачи отдельно материала А (фиг. 4);
- Изображение сопловой головки с указанием положения ее подвижной части для подачи отдельно материала Б (фиг. 5).
Функциональные градиентные материалы (ФГМ) получаются при механическом соединении материалов с резко отличающимися значениями физико-химических параметров, например, при спайке стекла и металла. Как правило, изменение свойств ФГМ связано с соответствующим варьированием химического состава или физической структуры материала. Для получения таких материалов используют послойное нанесение покрытий изменяющегося состава или спекание (сплавление, сварку) нескольких пластин или таблеток различного состава.
Сопловая головка (фиг. 1) состоит из двух частей: неподвижной 1 и подвижной 2.
Неподвижная часть 1 содержит центральное отверстие 3 для прохода лазерного луча, три отверстия 4 для подачи материала А и три отверстия 5 для материала Б. Все отверстия неподвижной части отстоят друг от друга на одинаковом угловом расстоянии, равном 60 градусам (фиг. 2).
Подвижная часть 2 содержит центральное отверстие 6 для прохода лазерного луча, а также девять отверстий, предназначенных для подачи материалов А и Б. Из них, шесть отверстий 7 совпадают по положению с отверстиями неподвижной части 4 и 5 (фиг. 2), а три дополнительных отверстия 8 расположены на одинаковом угловом расстоянии (120 градусов) друг от друга и на общей, с отверстиями 7, окружности.
Каждое из дополнительных отверстий 8 лежит между отверстиями 7. При этом их конкретное угловое положение может меняться, исходя из конструктивных соображений. Представляется наилучшей схема, при которой оси дополнительных отверстий 8 находятся от ближайших отверстий 7 на равном угловом расстоянии. При этом угловое расстояние от любого отверстия 8 до ближайшего отверстия 7 составляет 30 градусов.
При наложении на неподвижную часть головки 1 подвижной части 2 и ее вращении, можно получить три возможных режима подачи материала А и Б.
Рассмотрим работу сопловой головки при условии, что оси дополнительных отверстий 8 находятся от ближайших отверстий 7 на равном угловом расстоянии.
При положении частей 1 и 2 относительно друг друга согласно фиг. 3, мы получаем возможность подавать одновременно материалы А и Б.
При повороте части 2, относительно предыдущего положения, на угол в 30 градусов, мы подаем только материал А (фиг. 4).
При повороте части 2, еще на 60 градусов, мы подаем только материал Б (фиг. 5).
Увеличивая количество отверстий на подвижной и неподвижной части и по-разному комбинируя их положение, можно еще увеличить функциональные возможности сопловой головки, добавив возможность подачи других материалов и изменения их сочетаний.
Claims (2)
1. Сопловая головка для лазерной порошковой наплавки, выполненная в виде цилиндра с центральным отверстием для лазерного луча, со сквозными отверстиями, выполненными по его периферии, оси которых расположены на общей окружности на одинаковом угловом расстоянии друг от друга, и штуцерами для подачи газопорошковой смеси, отличающаяся тем, что цилиндр состоит из двух частей, первая из которых выполнена неподвижной со штуцерами для подачи газопорошковой смеси и шестью отверстиями для подачи различных материалов, при этом оси указанных шести отверстий расположены на общей окружности и равном угловом расстоянии друг от друга, а вторая часть выполнена поворотной относительно первой с шестью отверстиями по ее периферии, соосными отверстиям неподвижной части, и тремя дополнительными отверстиями, расположенными между отверстиями для подачи различных материалов на равном угловом расстоянии друг от друга и на общей с отверстиями для подачи различных материалов окружности.
2. Сопловая головка по п. 1, отличающаяся тем, что оси дополнительных отверстий расположены на равном от отверстий для подачи различных материалов угловом расстоянии.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018132690U RU187996U1 (ru) | 2018-09-13 | 2018-09-13 | Сопловая головка для лазерной порошковой наплавки |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018132690U RU187996U1 (ru) | 2018-09-13 | 2018-09-13 | Сопловая головка для лазерной порошковой наплавки |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU187996U1 true RU187996U1 (ru) | 2019-03-26 |
Family
ID=65858936
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018132690U RU187996U1 (ru) | 2018-09-13 | 2018-09-13 | Сопловая головка для лазерной порошковой наплавки |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU187996U1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU206281U1 (ru) * | 2020-11-30 | 2021-09-03 | Публичное Акционерное Общество "Одк-Сатурн" | Головка для лазерной порошковой наплавки в труднодоступных местах |
RU218217U1 (ru) * | 2022-12-01 | 2023-05-16 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") | Сопловая головка для гибридной лазерной наплавки порошковых материалов и проволоки |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2031764C1 (ru) * | 1991-06-27 | 1995-03-27 | Научно-производственное объединение технологии автомобильной промышленности "НИИТавтопром" | Сопло для лазерной обработки |
RU2100479C1 (ru) * | 1996-01-04 | 1997-12-27 | Научно-исследовательский центр по технологическим лазерам РАН | Способ газопорошковой лазерной наплавки с двухсопловой подачей порошка |
RU2230640C1 (ru) * | 2002-10-22 | 2004-06-20 | Открытое акционерное общество "Пермский моторный завод" | Сопло для лазерной обработки |
RU165282U1 (ru) * | 2015-09-01 | 2016-10-10 | Игорь Александрович Зябрев | Трёхкамерное сопло для газопорошковой лазерной наплавки |
RU2660499C2 (ru) * | 2016-08-03 | 2018-07-06 | Акционерное общество "Центр технологии судостроения и судоремонта" (АО "ЦТСС") | Способ четырехсопловой газопорошковой лазерной наплавки с регулированием расхода порошка |
-
2018
- 2018-09-13 RU RU2018132690U patent/RU187996U1/ru active IP Right Revival
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2031764C1 (ru) * | 1991-06-27 | 1995-03-27 | Научно-производственное объединение технологии автомобильной промышленности "НИИТавтопром" | Сопло для лазерной обработки |
RU2100479C1 (ru) * | 1996-01-04 | 1997-12-27 | Научно-исследовательский центр по технологическим лазерам РАН | Способ газопорошковой лазерной наплавки с двухсопловой подачей порошка |
RU2230640C1 (ru) * | 2002-10-22 | 2004-06-20 | Открытое акционерное общество "Пермский моторный завод" | Сопло для лазерной обработки |
RU165282U1 (ru) * | 2015-09-01 | 2016-10-10 | Игорь Александрович Зябрев | Трёхкамерное сопло для газопорошковой лазерной наплавки |
RU2660499C2 (ru) * | 2016-08-03 | 2018-07-06 | Акционерное общество "Центр технологии судостроения и судоремонта" (АО "ЦТСС") | Способ четырехсопловой газопорошковой лазерной наплавки с регулированием расхода порошка |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU206281U1 (ru) * | 2020-11-30 | 2021-09-03 | Публичное Акционерное Общество "Одк-Сатурн" | Головка для лазерной порошковой наплавки в труднодоступных местах |
RU218217U1 (ru) * | 2022-12-01 | 2023-05-16 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") | Сопловая головка для гибридной лазерной наплавки порошковых материалов и проволоки |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Singh et al. | A comprehensive review of the methods and mechanisms for powder feedstock handling in directed energy deposition | |
JP6840787B2 (ja) | 鋼本体をコーティングする方法 | |
EP3159094B1 (en) | Processing nozzle, processing head, processing device | |
US6046426A (en) | Method and system for producing complex-shape objects | |
US3071678A (en) | Arc welding process and apparatus | |
JP2024045584A (ja) | 溶融原料から高純度球状金属粉末を製造する方法および装置 | |
US9533373B2 (en) | Powder overlay nozzle | |
US5122632A (en) | Device for laser plasma coating | |
AU2010222559B2 (en) | Plasma torch with a lateral injector | |
CN107848032A (zh) | 利用预热的增材制造 | |
JP2007222869A (ja) | レーザネットシェイプ製造法のためのノズル | |
RU187996U1 (ru) | Сопловая головка для лазерной порошковой наплавки | |
KR20160131060A (ko) | 세장형 부재 형태의 공급 재료를 미립화시켜 분말 입자들을 제조하는 공정 및 장치 | |
JPH02258186A (ja) | レーザ溶接方法および装置 | |
US20170021372A1 (en) | Thermal spray assembly and method for using it | |
JP2014013769A (ja) | アキシャルフィード型プラズマ溶射装置 | |
CN112410779B (zh) | 一种同轴多束激光合成轴心送粉超高速激光熔覆头及其熔覆方法 | |
US20230398606A1 (en) | Printing Heads and Associated Methods | |
JP2016074018A (ja) | 粉体肉盛ノズル | |
KR20210108380A (ko) | 분말 분사 3d 인쇄용 광학 헤드 | |
US20180178326A1 (en) | Vacuum sls method for the additive manufacture of metallic components | |
JP6070323B2 (ja) | 燃焼バーナ、バーナ装置、及び原料粉体加熱方法 | |
JP6227809B2 (ja) | 溶射アセンブリ | |
KR20170014281A (ko) | 환형 플라즈마 용사 건 | |
RU2656906C1 (ru) | Способ лазерной наплавки покрытий на образец и устройство для его осуществления |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC91 | Official registration of the transfer of exclusive right (utility model) |
Effective date: 20200513 |
|
MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20200914 |
|
NF9K | Utility model reinstated |
Effective date: 20210909 |