RU189306U1 - Устройство для лазерной обработки изделий - Google Patents
Устройство для лазерной обработки изделий Download PDFInfo
- Publication number
- RU189306U1 RU189306U1 RU2018136494U RU2018136494U RU189306U1 RU 189306 U1 RU189306 U1 RU 189306U1 RU 2018136494 U RU2018136494 U RU 2018136494U RU 2018136494 U RU2018136494 U RU 2018136494U RU 189306 U1 RU189306 U1 RU 189306U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- emitter
- laser
- nozzle body
- nozzle
- ultrasound
- Prior art date
Links
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000013532 laser treatment Methods 0.000 claims abstract 2
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 6
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 4
- 238000003466 welding Methods 0.000 abstract description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 8
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 8
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000000289 melt material Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000000844 transformation 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области металлургии, в частности к устройствам, использующим в качестве энергоносителя лазерное излучение, дополненное воздействием ультразвука. Предлагаемое усовершенствование может быть применено при наплавке и при выращивании изделий с применением порошковых материалов. Сущность полезной модели состоит в том, что в устройстве для лазерной обработки изделия, содержащем несущую раму с лазерным блоком, соплом и ультразвуковым генератором с излучателем, при этом корпус сопла выполнен с центральным проходным отверстием для лазерного луча и патрубками для подачи порошкового материала и инертного газа, а излучатель ультразвукового генератора выполнен в виде излучателя фокусированного ультразвука, опора которого установлена на корпусе сопла с возможностью возвратно-поступательного перемещения. Технический результат полезной модели заключается в том, что фокусированная энергия с УЗ-излучателя концентрируется непосредственно на ванне расплава, уменьшая энергоемкость процесса лазерной наплавки изделия. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Полезная модель относится к области металлургии, в частности к устройствам, использующим в качестве энергоносителя лазерное излучение, дополненное воздействием ультразвука. Предлагаемое усовершенствование может быть применено при наплавке и при выращивании изделий с применением порошковых материалов.
Ультразвуковое облучение в процессе сварки изделия целиком или только сварочной ванны используется для снятия остаточных напряжений, возникающих в сварных соединениях и, в частности, сварных швах. УЗ колебания (волны) оказывают влияние на температуру металла, устанавливая тепловое равновесие в кристаллической решетке. Энергия ультразвука передается неустойчивым дислокациям решетки металла, вследствие чего дислокации занимают более устойчивое положение, что исключает образование градиентов или центров образования остаточных напряжений (аналогично отжигу). Эти явления приводят к полному снятию остаточных напряжений в затвердевшем расплаве.
Кроме того, исследования последнего времени показали, что УЗ волны, направленные на ванну расплава, производят его дегазацию и оказывают воздействие на процесс кристаллизации, приводящему к заметному измельчению зерна, что повышает однородность структуры металла, уменьшая его пористость. Ультразвук повышает механические свойства затвердевших расплавов и значительно улучшает способность металла к пластической деформации.
Известна конструкция устройства для лазерной наплавки, описанная в RU 170344. Устройство содержит сопло, включающее его корпус и установленную в нем вставку с центральным сквозным каналом для прохода лазерного луча от блока с генератором лазерного излучения. Корпус снабжен патрубком, установленным перпендикулярно оси корпуса сопла в его верхней части и предназначенным для подачи в зону обработки инертного защитного газа. Выше выходного отверстия для защитного газа на корпусе сопла закреплен кожух в виде зонта, способствующего удержанию этого газа. Корпус сопла имеет дополнительный патрубок, связанный с системой внутренних каналов, предназначенных для подачи через них порошкового материала в зону плавления от соответствующего источника. Устройство также содержит ультразвуковой генератор, расположенный в нижней части кожуха и внутри него и непосредственно под рабочей платформой, на которой располагается обрабатываемое изделий. Платформа установлена с возможностью изменения своего положения в пяти координатах. Выше входного отверстия корпуса сопла установлен лазерный блок, луч от которого направляется непосредственно в зону обработки (наплавки) изделия с помощью оптоволоконного кабеля. Устройство содержит также систему приводов для взаимного перемещения корпуса сопла относительно поверхности обрабатываемого изделия, размещаемого на платформе. Все вышеупомянутые механизмы, узлы и оптические системы размещены на общей для них раме.
К основному недостатку описанной выше конструкции следует отнести значительные энергетические затраты ультразвукового генератора, платформу и формируемое изделие, расположенное на последней, к зоне плавки, что сопряжено со значительными потерями интенсивности УЗ воздействия на эту зону.
Устройство для лазерной обработки изделия, принятое за прототип, описано в RU 2618287. Оно, как и аналог, содержит лазерный блок, который с помощью оптоволоконного кабеля связан с центральным отверстием корпуса сопла. В последнем предусмотрена также система отверстий, которые с помощью патрубков связаны с источниками подачи порошкового материала и инертного защитного газа. Устройство снабжено платформой для наплавляемого изделия, на которой смонтирован излучатель ультразвукового генератора. Платформа, а также корпус сопла содержит совокупность приводов, обеспечивающих их взаимное перемещение со значительным числом степеней свободы. Все перечисленные выше элементы устройства смонтированы на объединяющей их несущей раме.
Недостатком прототипа является недостаточная эффективность ультразвукового воздействия на расплав (ванна расплава), которая объясняется тем, что имеют место значительные энергетические потери ультразвука, который, прежде чем он достигнет расплава, проходит через значительный воздушный промежуток, а затем и тело формируемого изделия, приводящее, в конечном итоге, к затуханию волнового процессе, а значит и интенсивности вибрации, передающейся на расплав.
Таким образом, задачей полезной модели является повышение эффективности воздействия ультразвука на ванну расплава.
Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для лазерной обработки изделия, содержащем несущую раму с лазерным блоком, соплом и ультразвуковым генератором с излучателем, при этом корпус сопла выполнен с центральным проходным отверстием для лазерного луча и патрубками для подачи порошкового материала и инертного газа, а излучатель ультразвукового генератора выполнен в виде излучателя фокусированного ультразвука, опора которого установлена на корпусе сопла с возможностью возвратно-поступательного перемещения. Кроме того, опора излучателя выполнена в виде диска, коаксиально установленного на корпусе сопла, а патрубки подачи инертного газа размещены на диске.
Технический результат полезной модели заключается в том, что фокусированная энергия с УЗ излучателя концентрируется непосредственно на ванне расплава, уменьшая энергоемкость процесса лазерной наплавки изделия.
На прилагаемом к описанию чертеже дано схематическое изображение устройства для лазерной обработки изделия.
Предлагаемая в полезной модели, конструкция устройства для лазерной обработки изделия содержит сопло 1 с корпусом 2, представляющим собой цилиндр, внутри которого выполнен ряд сквозных отверстий, центральное из которых предназначено для прохода лазерного луча 3, подаваемого в корпус 2 через оптоволоконный кабель 4 с лазерного блока 5 или, иначе, источника лазерного излучения, установленного на несущей раме 6. По периферии корпуса 2 имеются три сквозных отверстия, расположенных по одной окружности и на равном угловом расстоянии друг от друга. Входная часть этих отверстий представлена на чертеже штуцерами 7 и трубками 8, связывающими отверстия с источником порошкового материала (на чертеже не показан). На выходе каждого из трех отверстий установлены сопла 9, которые ориентируют струи 10 порошка на фокус лазерного луча 3. На цилиндрической поверхности корпуса 2 установлена опора 11, выполненная в виде диска, имеющая форму сегмента пустотелой сферической оболочки, на внутренней поверхности которого по окружности установлены активные пьезокристаллические элементы 12 излучателя фокусированного ультразвука. Диск опоры 11 связан с втулкой 13, смонтированной на корпусе 2 по скользящей посадке, т.е. диск имеет возможность совершать возвратно-поступательные перемещения по корпусу 2. Втулка 13 имеет стопор 14, выполненный в виде резьбового винта. На диске закреплены штуцеры 15 с трубками 16, предназначенные для подачи инертного защитного газа от соответствующего источника (на чертеже не показано), струи которого обозначены на чертеже стрелками А. Кроме того, диск опоры 11 несет на себе защитный кожух 17, способный перемещаться в направляющих 18, расположенных на торце диска опоры 11. На несущей раме 6 закреплена платформа 19, на которой формируется изделие 20 с ванной 21 расплава, имеющей место быть при работе устройства. Платформа 19 и сопло 1 установлены с возможностью перемещения относительно несущей рамы 6 с различными степенями свободы (их приводы на чертеже не показаны).
Устройство для лазерной обработки изделия работает следующим образом.
Перед началом работы обрабатываемое изделие 20 размещают на платформе 19. Затем, включают подачу порошкового материала от соответствующего источника, который через трубки 8 и штуцеры 7, а также отверстия в корпусе 2 сопла 1 через сопла 9 в виде струй 10 подается к изделию 20. Одновременно через штуцеры 15 от источника инертного защитного газа осуществляют подачу этого газа в зону наплавки. После этого в работу включают лазерный блок 5, световая энергия которого трансформируется в лазерный луч 3, фокусируемый на изделии в точке подвода струй 10 порошкового материала, подвергаемого плавлению от взаимодействия с лазерным лучом 3. При появлении ванны 21 расплава включают в работу ультразвуковой генератор, связанный с УЗ излучателем, активные элементы 12 которого размещены на диске 11 таким образом, что их расположение фокусирует ультразвуковые колебания в одной точке - фокусе, создавая в нем высокую плотность акустической энергии. Путем перемещения диска 11 по корпусу 2 сопла 1 фокус УЗ излучателя размещают в зоне расплава, т.е. внутри ванны 21 в районе лазерного фокуса. Высокая плотность акустических колебаний в зоне ультразвукового фокуса передается материалу расплава, вызывая в его структуре положительные трансформации, о которых указано выше. Для того, чтобы надежно прикрыть ванну 21 расплава с помощью инертного защитного газа кожух 17 перемещают по диску 11 вниз, создавая замкнутый объем в зоне УЗ излучателя, в котором удерживается инертный газ в относительно статическом состоянии, улучшая, тем самым, распространение фокусированного ультразвука. При этом предпочтительно использовать инертные газы с более высокой плотностью, например, аргон, что повышает КПД ультразвуковой фокусированной энергии, передаваемой в расплав. В процессе наплавки изделия осуществляют манипуляции, связанные с перемещением сопла 1 и платформы 19 по заранее заданной программе, обеспечивающей обработку того или иного конкретного изделия.
Claims (3)
1. Устройство для лазерной обработки изделия, содержащее несущую раму с лазерным блоком, соплом и ультразвуковым генератором с излучателем, при этом корпус сопла выполнен с центральным проходным отверстием для лазерного луча и патрубками для подачи порошкового материала и инертного газа, отличающееся тем, что излучатель ультразвукового генератора выполнен в виде излучателя фокусированного ультразвука, опора которого установлена на корпусе сопла с возможностью возвратно-поступательного перемещения.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что опора излучателя выполнена в виде диска, коаксиально расположенного на корпусе сопла.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что патрубки подачи инертного газа размещены на диске.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018136494U RU189306U1 (ru) | 2018-10-16 | 2018-10-16 | Устройство для лазерной обработки изделий |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018136494U RU189306U1 (ru) | 2018-10-16 | 2018-10-16 | Устройство для лазерной обработки изделий |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU189306U1 true RU189306U1 (ru) | 2019-05-21 |
Family
ID=66635705
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018136494U RU189306U1 (ru) | 2018-10-16 | 2018-10-16 | Устройство для лазерной обработки изделий |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU189306U1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110158082A (zh) * | 2019-06-25 | 2019-08-23 | 青岛理工大学 | 超声定点聚焦辅助金属表面激光熔覆纳米陶瓷涂层的方法 |
RU2767104C1 (ru) * | 2019-05-24 | 2022-03-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Устройство для лазерной порошковой наплавки |
EP4121276A4 (en) * | 2020-03-18 | 2024-03-27 | Alejandro Martinez | SYSTEM AND METHOD FOR DIRECTED ENERGY DEPOSITION USING A SOUND FIELD |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009125284A1 (en) * | 2008-04-09 | 2009-10-15 | Pavel Yurievich Smirnov | Laser-plasma method and system for surface modification |
RU170344U1 (ru) * | 2016-09-19 | 2017-04-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Устройство для лазерной обработки изделия |
RU2618287C2 (ru) * | 2015-08-04 | 2017-05-03 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Способ лазерной обработки изделия (варианты) и устройство для его осуществления (варианты) |
US20170209961A1 (en) * | 2016-01-25 | 2017-07-27 | Caterpillar Inc. | System and Method for Laser Cladding in Controlled Environment |
RU2656906C1 (ru) * | 2017-04-19 | 2018-06-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Способ лазерной наплавки покрытий на образец и устройство для его осуществления |
-
2018
- 2018-10-16 RU RU2018136494U patent/RU189306U1/ru active IP Right Revival
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009125284A1 (en) * | 2008-04-09 | 2009-10-15 | Pavel Yurievich Smirnov | Laser-plasma method and system for surface modification |
RU2618287C2 (ru) * | 2015-08-04 | 2017-05-03 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Способ лазерной обработки изделия (варианты) и устройство для его осуществления (варианты) |
US20170209961A1 (en) * | 2016-01-25 | 2017-07-27 | Caterpillar Inc. | System and Method for Laser Cladding in Controlled Environment |
RU170344U1 (ru) * | 2016-09-19 | 2017-04-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Устройство для лазерной обработки изделия |
RU2656906C1 (ru) * | 2017-04-19 | 2018-06-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Способ лазерной наплавки покрытий на образец и устройство для его осуществления |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2767104C1 (ru) * | 2019-05-24 | 2022-03-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Устройство для лазерной порошковой наплавки |
CN110158082A (zh) * | 2019-06-25 | 2019-08-23 | 青岛理工大学 | 超声定点聚焦辅助金属表面激光熔覆纳米陶瓷涂层的方法 |
WO2020258859A1 (zh) * | 2019-06-25 | 2020-12-30 | 青岛理工大学 | 超声定点聚焦辅助金属表面激光熔覆纳米陶瓷涂层的方法 |
EP4121276A4 (en) * | 2020-03-18 | 2024-03-27 | Alejandro Martinez | SYSTEM AND METHOD FOR DIRECTED ENERGY DEPOSITION USING A SOUND FIELD |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU189306U1 (ru) | Устройство для лазерной обработки изделий | |
RU2580180C2 (ru) | Способ лазерной наплавки и устройство для его осуществления | |
CN109530919A (zh) | 一种超声辅助的多光束激光熔丝增材制造装备及方法 | |
KR102426820B1 (ko) | 작업 평면에서 레이저 빔의 횡전력 분포를 제어하는 금속 재료의 레이저 공정 방법 및 상기 방법을 실시하기 위한 머신 및 컴퓨터 프로그램 | |
CN107584205B (zh) | 金属材料的激光加工方法以及相关的机器和计算机程序 | |
KR102360454B1 (ko) | 보조 기체 흐름에 대한 레이저의 광축 위치 제어를 가지는 금속 재료의 레이저 처리 방법 및 상기 방법의 구현을 위한 컴퓨터 프로그램 및 기계 장치 | |
JP6594861B2 (ja) | ディザリング可能なレーザー処理システム | |
CN104801852B (zh) | 一种分束双聚焦点激光加工头 | |
JP5207371B2 (ja) | レーザ加工装置 | |
RU2618287C2 (ru) | Способ лазерной обработки изделия (варианты) и устройство для его осуществления (варианты) | |
CN202021424U (zh) | 一种非稳腔同轴送丝激光填丝焊接机 | |
CN112589261B (zh) | 一种多能场辅助超短脉冲激光加工过程监测装置及方法 | |
JP5507230B2 (ja) | レーザ切断装置 | |
JP2014042940A (ja) | レーザ肉盛溶接装置、肉盛溶接方法及び肉盛溶接部品 | |
JP2017177162A (ja) | レーザピーニング加工装置及びレーザピーニング加工方法 | |
JP6758914B2 (ja) | レーザーピーニング装置およびレーザーピーニング方法 | |
JP2019177382A (ja) | 冷却装置及びレーザ加工装置 | |
JP2019037997A (ja) | レーザクラッディング装置 | |
JPH01212770A (ja) | 光学繊維によるビーム伝送を用いたレーザ化学蒸着装置 | |
JP2013056372A (ja) | レーザ加工装置 | |
RU2740687C2 (ru) | Способ восстановления изделия лазерно-акустической наплавкой и устройство для его осуществления | |
CN106271072A (zh) | 一种手持式激光焊接装置 | |
RU170344U1 (ru) | Устройство для лазерной обработки изделия | |
CN115090904A (zh) | 实时光束整形激光-感应/微锻复合熔覆增材制造方法及装置 | |
JP2003266189A (ja) | 溶接装置、溶接方法、および溶接された被溶接物を有する物品の製造方法 |
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: 20201017 |
|
NF9K | Utility model reinstated |
Effective date: 20210909 |