RU217445U1 - DEVICE FOR ELECTRON-BEAM ADDITIVE FORMATION OF PRODUCTS - Google Patents
DEVICE FOR ELECTRON-BEAM ADDITIVE FORMATION OF PRODUCTS Download PDFInfo
- Publication number
- RU217445U1 RU217445U1 RU2022134546U RU2022134546U RU217445U1 RU 217445 U1 RU217445 U1 RU 217445U1 RU 2022134546 U RU2022134546 U RU 2022134546U RU 2022134546 U RU2022134546 U RU 2022134546U RU 217445 U1 RU217445 U1 RU 217445U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wire
- guide tube
- electron beam
- electron
- inlet pipe
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Полезная модель относится к области проволочных аддитивных технологий, в частности к устройству для электронно-лучевого аддитивного формирования изделий, и может быть использована для электронно-лучевой проволочной наплавки и электронно-лучевой сварки с присадочной проволокой. Устройство содержит корпус (1) из немагнитного металлического материала, установочные патрубки (2, 3) из немагнитного металлического материала, герметично выполненные в корпусе (1) и предназначенные для монтажа сварочных электронно-лучевых пушек, с соблюдением сходимости осей электронно-лучевых пушек на их рабочей дистанции внутри вакуумной камеры на центральной оси корпуса. В центре корпуса (1) расположен вводной патрубок(4) со сквозным отверстием через корпус, выполненный из немагнитного металлического материала и герметично закрепленный к корпусу. Внутри вводного патрубка (4) расположены центрирующие втулки (5, 6), выполненные из электроизоляционного материала. Между центрирующими втулками (5, 6) установлена уплотняющая прокладка (7), способная деформироваться под давлением и обеспечивать герметизацию. В вводной патрубок вкручена полая гайка (9). Соосно с центральным отверстием корпуса расположена направляющая трубка (19), установленная в кронштейн, в нижнем крае направляющей трубки выполнено резьбовое отверстие, в которое вкручен наконечник(27). От центрирующих втулок (5, 6) протянуты две изолирующие трубки (10 и 20), одна из которых предназначена для закрепления к подающему механизму, другая установлена внутрь направляющей трубки. Внутри изолирующих трубок расположены направляющие каналы для проволоки. Направляющая трубка электрически изолирована от корпуса. К направляющей трубке подключен токоподводящий хомут (22), имеющий герметичную полость для циркуляции охлаждающей жидкости, к выходам из которой герметично присоединены охлаждающие трубки. Внутри охлаждающих трубок расположены токоподводящие жилы(25, 26), подключенные изнутри к токоподводящему хомуту. Технический результат состоит в расширении возможности по управлению структурой материала через тепловложение при электронно-лучевом аддитивном формировании изделия. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.
Description
Полезная модель относится к области проволочных аддитивных технологий и может быть использована для электронно-лучевой проволочной наплавки и электронно-лучевой сварки с присадочной проволокой.The utility model relates to the field of wire additive technologies and can be used for electron beam wire surfacing and electron beam welding with filler wire.
Известно устройство (патент США на изобретение US 10695835B2, B22F 3/1055, 2020) для электронно-лучевой проволочной наплавки, содержащее специализированный кольцевой катод формирующий электронный луч в виде перевернутого конуса. При этом, проволока подается аксиально через полость конусного электронного луча, а процесс производится в вакууме.A device is known (US patent for the invention US 10695835B2,
Устройство характеризуют следующие признаки: специализированная электронно-лучевая пушка с кольцевым катодом, подающий механизм для присадочной проволоки подаваемой в зону наплавки через центральное отверстие кольцевого катода.The device is characterized by the following features: a specialized electron beam gun with an annular cathode, a feeder for filler wire fed into the surfacing zone through the central hole of the annular cathode.
В корпусе специализированной электронно-лучевой пушки центральную часть занимает направляющий канал для присадочной проволоки вокруг которого располагается кольцевой катод, рабочая поверхность которого выполнена в форме близкой к части сферы. Катод изнутри закреплен к корпусу электронно-лучевой пушки через электрический изолятор и может иметь контур охлаждения. В корпусе электронно-лучевой пушки выполнено отверстие через которое электрически изолированно подводится питание к катоду. Электронно-лучевая пушка устанавливается внутри вакуумной камеры в которую также помещают изделие с механизмом позиционирования. При этом, источник питания, система управления и газовое оборудование находятся снаружи вакуумной камеры, а накопитель с присадочной проволокой и механизм ее подачи могут размещать как внутри, так и снаружи вакуумной камеры.In the case of a specialized electron beam gun, the central part is occupied by a guide channel for the filler wire around which there is an annular cathode, the working surface of which is made in the form of a sphere close to the part. The cathode is internally fixed to the body of the electron beam gun through an electrical insulator and may have a cooling circuit. In the body of the electron-beam gun, a hole is made through which power is supplied to the cathode in an electrically isolated manner. The electron-beam gun is installed inside a vacuum chamber in which a product with a positioning mechanism is also placed. At the same time, the power source, control system and gas equipment are located outside the vacuum chamber, and the accumulator with filler wire and its feed mechanism can be placed both inside and outside the vacuum chamber.
К недостаткам известного устройства можно отнести потребность в специализированной электронно-лучевой пушке, что не позволяющей использовать распространенное стандартное сварочное или наплавочное электронно-лучевое оборудование. Также, конструкция специализированной электронно-лучевой пушки не позволяет выполнять динамическое позиционирование электронного луча для регулирования распределения тепловложения по обрабатываемой поверхности или для выполнения сопутствующего подогрева и термической обработки. Отсутствие в конструкции возможности подключения источника питания для подачи напряжения на присадочную проволоку не позволяет формировать дуговой разряд в области между торцом проволоки и поверхностью наплавки. Не предусмотрено использование датчиков для позиционирования электронных лучей на основе сигналов обратной связи.The disadvantages of the known device include the need for a specialized electron beam gun, which does not allow the use of common standard welding or surfacing electron beam equipment. Also, the design of a specialized electron beam gun does not allow dynamic positioning of the electron beam to control the distribution of heat input over the treated surface or to perform concomitant heating and heat treatment. The absence in the design of the possibility of connecting a power source to supply voltage to the filler wire does not allow the formation of an arc discharge in the area between the end of the wire and the surface of the surfacing. It is not envisaged to use sensors for positioning electron beams based on feedback signals.
Также известно устройство (патент Китая на изобретение CN106392290, B23K 15/00, 2019) для многолучевой электронно-лучевой проволочной наплавки с центральной подачей проволоки, содержащее не менее двух электронно-лучевых пушек равномерно расположенных относительно центральной оси конструкции. При этом проволока подается аксиально через трубку, расположенную на центральной оси конструкции.Also known is a device (China patent for the invention CN106392290,
Устройство характеризуют следующие признаки: центрально подаваемая присадочная проволока, две, три или четыре стандартные сварочные или наплавочные электронно-лучевые пушки, равномерно расположенные вокруг оси канала для подачи проволоки.The device is characterized by the following features: a centrally fed filler wire, two, three or four standard welding or surfacing electron beam guns, evenly spaced around the axis of the wire feed channel.
Канал для подачи присадочной проволоки состоит из прямой трубки и наконечника с проходным отверстием для подачи проволоки. Электронно-лучевые пушки содержат источник электронов и системы их ускорения, накопления и отклонения, что является стандартными элементами электронно-лучевого оборудования для обработки металлов. Используются по меньшей мере две электронно-лучевые пушки, которые равномерно распределяются вокруг оси канала подачи проволоки для создания условий изотропного распределения тепловложения по обрабатываемой поверхности. При этом электронно-лучевые пушки одновременно воздействуют электронными лучами на область наплавки не взаимодействуя друг с другом, механизм подачи присадочной проволоки изолирован от них.The filler wire feed channel consists of a straight tube and a tip with a through hole for wire feed. Electron beam guns contain a source of electrons and systems for their acceleration, accumulation and deflection, which are standard elements of electron beam equipment for metal processing. At least two electron beam guns are used, which are evenly distributed around the axis of the wire feed channel to create conditions for isotropic distribution of heat input over the treated surface. In this case, electron beam guns simultaneously act with electron beams on the surfacing area without interacting with each other, the filler wire feed mechanism is isolated from them.
Отсутствие в конструкции возможности подключения источника питания для подачи напряжения на присадочную проволоку не позволяет формировать дуговой разряд в области между торцом проволоки и поверхностью наплавки. Не предусмотрено использование датчиков для позиционирования электронных лучей на основе сигналов обратной связи.The absence in the design of the possibility of connecting a power source to supply voltage to the filler wire does not allow the formation of an arc discharge in the area between the end of the wire and the surface of the surfacing. It is not envisaged to use sensors for positioning electron beams based on feedback signals.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленной полезной модели по совокупности признаков является устройство (патент РФ на изобретение №2753069, B23K 15/00, 2021) для электронно-лучевой наплавки вертикальной проволокой с использованием по меньшей мере двух электронно-лучевых пушек с датчиками вторичного излучения и системой позиционирования электронных лучей. Устройство включает корпус из немагнитного металлического материала с установочными патрубками для герметичного монтажа сварочных электронно-лучевых пушек с соблюдением сходимости их осей внутри вакуумной камеры на центральной оси корпуса на рабочей дистанции электронно-лучевых пушек, в центре корпуса расположен вводной патрубок со сквозным отверстием через корпус и уплотнением для герметичного ввода проволоки, направляющая трубка установлена в центральное отверстие кронштейна и расположена соосно с центральным отверстием корпуса, в резьбовое отверстие нижнего края направляющей трубки вкручен наконечник.The closest device for the same purpose to the claimed utility model in terms of a combination of features is a device (RF patent for invention No. 2753069,
Данное устройство принято за прототип.This device is taken as a prototype.
Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемой полезной модели – корпус из немагнитного металлического материала; установочные патрубки из немагнитного металлического материала, герметично выполненные в корпусе и предназначенные для монтажа сварочных электронно-лучевых пушек, с соблюдением сходимости осей электронно-лучевых пушек, использование которых предполагается, на их рабочей дистанции внутри вакуумной камеры на центральной оси корпуса; в центре корпуса расположен вводной патрубок со сквозным отверстием через корпус, выполненный из немагнитного металлического материала и герметично закрепленный к корпусу; внутри вводного патрубка расположены центрирующие втулки между которыми установлена уплотняющая прокладка, способная деформироваться под давлением и обеспечивать герметизацию; в вводной патрубок вкручена полая гайка; направляющая трубка установлена в кронштейн и расположена соосно с центральным отверстием корпуса, в резьбовое отверстие нижнего края направляющей трубки вкручен наконечник.Signs of the prototype, coinciding with the essential features of the claimed utility model - a body made of non-magnetic metal material; installation nozzles made of non-magnetic metal material, hermetically made in the housing and intended for mounting welding electron beam guns, observing the convergence of the axes of the electron beam guns, the use of which is supposed, at their working distance inside the vacuum chamber on the central axis of the housing; in the center of the body there is an inlet pipe with a through hole through the body, made of non-magnetic metal material and hermetically fixed to the body; inside the inlet pipe there are centering bushings between which a sealing gasket is installed, capable of deforming under pressure and providing sealing; a hollow nut is screwed into the inlet pipe; the guide tube is installed in the bracket and is located coaxially with the central hole of the body, the tip is screwed into the threaded hole of the lower edge of the guide tube.
Отсутствие в конструкции возможности подключения источника питания для подачи напряжения на присадочную проволоку не позволяет формировать дуговой разряд в области между торцом проволоки и поверхностью наплавки.The absence in the design of the possibility of connecting a power source to supply voltage to the filler wire does not allow the formation of an arc discharge in the area between the end of the wire and the surface of the surfacing.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, – это расширение возможностей по управлению структурой материала через тепловложение при электронно-лучевом аддитивном формировании изделия.The task to be solved by the claimed utility model is to expand the possibilities for controlling the structure of the material through heat input in the electron-beam additive formation of the product.
Поставленная задача была решена за счет того, что известное устройство для электронно-лучевого аддитивного формирования изделий, содержащее корпус из немагнитного металлического материала, установочные патрубки из немагнитного металлического материала, герметично выполненные в корпусе и предназначенные для монтажа сварочных электронно-лучевых пушек, с соблюдением сходимости осей электронно-лучевых пушек, использование которых предполагается, на их рабочей дистанции внутри вакуумной камеры на центральной оси корпуса, в центре корпуса расположен вводной патрубок со сквозным отверстием через корпус, выполненный из немагнитного металлического материала и герметично закрепленный к корпусу, внутри вводного патрубка расположены центрирующие втулки между которыми установлена уплотняющая прокладка, способная деформироваться под давлением и обеспечивать герметизацию, в вводной патрубок вкручена полая гайка, направляющая трубка установлена в кронштейн и расположена соосно с центральным отверстием корпуса, в резьбовое отверстие нижнего края направляющей трубки вкручен наконечник, согласно полезной модели содержит две изолирующие трубки, протянутые от центрирующих втулок, одна из которых предназначена для закрепления к подающему механизму, другая установлена внутрь направляющей трубки, при этом внутри изолирующих трубок расположены направляющие каналы для проволоки, направляющая трубка электрически изолирована от корпуса, к направляющей трубке подключен токоподводящий хомут, имеющий герметичную полость для циркуляции охлаждающей жидкости, к выходам из которой герметично присоединены охлаждающие трубки, внутри охлаждающих трубок расположены токоподводящие жилы, подключенные изнутри к токоподводящему хомуту, при этом центрирующие втулки выполнены из электроизоляционного материала.The problem was solved due to the fact that a well-known device for additive electron beam forming of products, containing a body of non-magnetic metal material, mounting nozzles of non-magnetic metal material, hermetically made in the body and intended for mounting welding electron beam guns, subject to convergence axes of electron-beam guns, the use of which is supposed, at their working distance inside the vacuum chamber on the central axis of the body, in the center of the body there is an inlet pipe with a through hole through the body, made of non-magnetic metal material and hermetically fixed to the body, inside the inlet pipe there are centering bushings between which a sealing gasket is installed that can deform under pressure and provide sealing, a hollow nut is screwed into the inlet pipe, the guide tube is installed in the bracket and is located coaxially with the central hole of the body, a tip is screwed into the threaded hole of the lower edge of the guide tube, according to the utility model it contains two insulating tubes stretched from the centering bushings, one of which is designed to be fixed to the feeder, the other is installed inside the guide tube, while inside the insulating tubes there are guide channels for the wire, the guide tube is electrically isolated from the body, a current-carrying clamp is connected to the guide tube, having a sealed cavity for circulation of the coolant, to the outlets of which cooling tubes are hermetically connected, inside the cooling tubes there are current-carrying conductors connected from the inside to the current-carrying clamp, while the centering bushings are made of electrically insulating material.
В частности, в качестве электроизоляционного материала использован капролон.In particular, caprolon was used as an electrical insulating material.
Признаки заявляемого технического решения, отличительные от прототипа – содержит две изолирующие трубки, протянутые от центрирующих втулок, одна из которых предназначена для закрепления к подающему механизму, другая установлена внутрь направляющей трубки; внутри изолирующих трубок расположены направляющие каналы для проволоки; направляющая трубка электрически изолирована от корпуса; к направляющей трубке подключен токоподводящий хомут, имеющий герметичную полость для циркуляции охлаждающей жидкости, к выходам из которой герметично присоединены охлаждающие трубки; внутри охлаждающих трубок расположены токоподводящие жилы, подключенные изнутри к токоподводящему хомуту; центрирующие втулки выполнены из электроизоляционного материала; в качестве электроизоляционного материала использован капролон.Features of the proposed technical solution, different from the prototype - contains two insulating tubes, stretched from the centering bushings, one of which is designed to be attached to the feeder, the other is installed inside the guide tube; inside the insulating tubes there are guide channels for the wire; the guide tube is electrically isolated from the housing; a current-carrying clamp is connected to the guide tube, having a sealed cavity for circulation of the coolant, to the outlets of which cooling tubes are hermetically attached; inside the cooling tubes there are current-carrying conductors connected from the inside to the current-carrying clamp; centering bushings are made of electrically insulating material; caprolon was used as an electrical insulating material.
Отличительные признаки в совокупности с известными позволят обеспечить возможность применения дополнительного источника теплоты для воздействия на область наплавляемой поверхности, на которую невозможно прямое воздействие электронными лучами из-за экранирования этой области присадочной проволокой. Заявляемое устройство, в том числе, обеспечивает возможность использования в качестве этого дополнительного источника теплоты электрическую дугу между торцом проволоки и наплавляемой поверхностью, инициирование и стабильное горение которой обеспечивается процессами испарения и взрывного вскипания части материала наплавляемой поверхности под действием электронного луча. Для этого к изолированной от технологической вакуумной камеры проволоке подводят напряжение от источника постоянного тока, второй полюс которого подключают к подложке, на которую производится послойная наплавка металла. Таким образом, заявляемая полезная модель позволяет выполнять более точное регулирование распределения энергии теплового источника между нагреваемой поверхностью металла, на который накладывается наплавляемый валик, и оплавляемого участка присадочной проволоки при послойном формировании металла. Эффектом это этого будет расширение диапазона регулирования тепловложения и, за счет этого, более гибкое управление структурой наплавляемого материала.Distinctive features in combination with the known ones will make it possible to use an additional heat source to influence the area of the deposited surface, which cannot be directly affected by electron beams due to the screening of this area with filler wire. The claimed device, among other things, provides the possibility of using as this additional source of heat an electric arc between the end of the wire and the deposited surface, the initiation and stable combustion of which is ensured by the processes of evaporation and explosive boiling of a part of the material of the deposited surface under the action of an electron beam. To do this, voltage is applied to the wire isolated from the technological vacuum chamber from a direct current source, the second pole of which is connected to the substrate, on which layer-by-layer metal surfacing is performed. Thus, the claimed utility model allows more precise regulation of the distribution of heat source energy between the heated surface of the metal, on which the deposited bead is applied, and the melted area of the filler wire during the layer-by-layer formation of the metal. The effect of this will be to expand the range of regulation of heat input and, due to this, more flexible control of the structure of the deposited material.
На фиг. 1 показана схема примера выполнения заявляемого устройства для электронно-лучевого аддитивного формирования изделий (в разрезе).In FIG. 1 shows a diagram of an exemplary embodiment of the proposed device for electron-beam additive forming of products (in section).
На фиг. 2 представлен поперечный шлиф валика, наплавленного проволокой диаметром 1,6 мм из титанового сплава ВТ6 на подложку толщиной 10 мм из сплава ВТ6 двумя электронными лучами и дополнительным дуговым источником тепла с общим суммарным уровнем мощности 720 Вт при скорости наплавки 5 мм/с и скорости подачи проволоки 0,8 м/мин.In FIG. Figure 2 shows a cross-cut of a bead deposited with a 1.6 mm diameter wire made of VT6 titanium alloy on a 10 mm thick substrate made of VT6 alloy with two electron beams and an additional arc heat source with a total total power level of 720 W at a deposition rate of 5 mm/s and a feed rate wire 0.8 m/min.
На фиг. 3 представлен увеличенный фрагмент шлифа валика наплавленного проволокой диаметром 1,6 мм из титанового сплава ВТ6 на подложку толщиной 10 мм из сплава ВТ6 двумя электронными лучами и дополнительным дуговым источником тепла с общим суммарным уровнем мощности 720 Вт при скорости наплавки 5 мм/с и скорости подачи проволоки 0,8 м/мин.In FIG. Fig. 3 shows an enlarged fragment of a microsection of a bead deposited with a 1.6 mm diameter wire made of VT6 titanium alloy on a 10 mm thick substrate made of VT6 alloy with two electron beams and an additional arc heat source with a total total power level of 720 W at a deposition rate of 5 mm/s and a feed rate wire 0.8 m/min.
На фиг. 4 представлен поперечный шлиф валика наплавленного проволокой диаметром 1,6 мм из титанового сплава ВТ6 на подложку толщиной 10 мм из сплава ВТ6 двумя электронными лучами с общим уровнем мощности 720 Вт при скорости наплавки 5 мм/с и скорости подачи проволоки 0,8 м/мин.In FIG. Figure 4 shows a cross-sectional grinding of a bead deposited with a 1.6 mm diameter wire made of VT6 titanium alloy on a 10 mm thick substrate made of VT6 alloy with two electron beams with a total power level of 720 W at a deposition rate of 5 mm/s and a wire feed speed of 0.8 m/min. .
На фиг. 5 представлен увеличенный фрагмент шлифа валика наплавленного проволокой диаметром 1,6 мм из титанового сплава ВТ6 на подложку толщиной 10 мм из сплава ВТ6 двумя электронными лучами с общим уровнем мощности 720 Вт при скорости наплавки 5 мм/с и скорости подачи проволоки 0,8 м/мин.In FIG. Figure 5 shows an enlarged fragment of a bead welded with wire 1.6 mm in diameter from titanium alloy VT6 on a
На фиг. 6 представлен поперечный шлиф многослойной наплавки проволокой диаметром 1,6 мм из титанового сплава ВТ6 на подложку толщиной 10 мм из сплава ВТ6 двумя электронными лучами с общим уровнем мощности 1,1 кВт при скорости наплавки 5 мм/с и скорости подачи проволоки 0,8 м/мин. Отмечена линия сплавления первого слоя с основным металлом.In FIG. Figure 6 shows a transverse section of multilayer surfacing with wire 1.6 mm in diameter from titanium alloy VT6 on a
Устройство (фиг.1) содержит корпус 1, из немагнитного металлического материала, например, нержавеющей стали 12Х18Н10Т, выполненный в виде плоской круглой пластины выполняющую роль фланца для присоединения к вакуумной камере, которая не является частью устройства. В корпусе 1 имеются отверстия с установленными в них двумя установочными патрубками 2, 3, выполненными из материала корпуса 1 и предназначенными для монтажа сварочных электронно-лучевых пушек, которые не являются частью устройства. Установочные патрубки 2, 3 установлены в корпусе 1 зеркально относительно центра корпуса 1, при этом, нижняя часть установочных патрубков 2, 3 расположена со стороны, предназначенной для прилегания к вакуумной камере. Установочные патрубки 2, 3 имеют наклон относительно плоскости корпуса 1, а угол наклона выбирают с целью обеспечения сходимости осей электронно-лучевых пушек внутри вакуумной камеры на центральной оси корпуса 1 на рабочей дистанции электронно-лучевых пушек при установке их в установочные патрубки 2, 3. Верхняя часть установочных патрубков 2, 3 выполнена в виде фланца с канавкой под уплотнение и с элементами для закрепления электронно-лучевых пушек, например, с канавкой под струбцины, а на нижней части установочных патрубков 2, 3 предусматрено место для закрепления датчиков вторичного излучения, не являющихся частью устройства, или другого оборудования, не являющегося частью устройства, например, выполняют резьбовые отверстия. Установочные патрубки 2, 3 герметично приварены к корпусу 1. В центре корпуса 1 выполнено отверстие для ввода проволоки внутрь вакуумной камеры. Ввод проволоки осуществляется через вводной патрубок 4, выполненный из материала корпуса 1 и герметично приваренный к корпусу 1 соосно с центральным отверстием корпуса 1. Внутри вводного патрубка 4 расположены центрирующие втулки 5, 6 выполненные из электроизоляционного материала, например, из капролона. Между центрирующими втулками 5, 6 устанавлена уплотняющая прокладка 7, выполненная из вакуумной резины, которая деформируется под давлением от втулки 8 при закручивании полой гайки 9 в вводной патрубок 4, при этом обеспечивает герметизацию между поверхностью проволоки и внутренней цилиндрической поверхностью вводного патрубка 4. Втулка 8 и полая гайка 9 выполнена из металлических материалов, например, нержавеющей стали 12Х18Н10Т. Для изоляции проволоки от корпуса 1, в верхней части вводного патрубка 4 установлена изолирующая трубка 10 из электроизолирующего материала, например, полиуретана, а внутри изолирующей трубки 10 расположен направляющий канал 11, который является стандартной расходной частью в сварочном производстве и выбирается исходя из диаметра и материала применяемой проволоки. Изолирующая трубка 10 и направляющий канал 11 протягиваются от верхней центрирующей втулки 6 и предназначены для закрепления к подающему механизму, который не является частью устройства. На корпусе 1 со стороны, предназначенной для прилегания к вакуумной камере расположены четыре пластины 12, 13, выполненные из материала корпуса 1 и приваренные к корпусу 1 вокруг его центрального отверстия. К пластинам 12, 13 прикреплен кронштейн 14 из немагнитного металлического материала, например, нержавеющей стали 12Х18Н10Т, болтами 15, 16, выполненными из электроизоляционного материала, например, полиамида, через электрические изоляторы 17, 18, например, вакуумную резину. В центральное резьбовое отверстие кронштейна 14 закручена направляющая трубка 19, выполненная из материала с хорошими электропроводящими и теплопроводящими свойствами, например, из бронзы БрХ1. При этом центральное отверстие кронштейна 14 и ось направляющей трубки 19 центрированы относительно оси центрального отверстия корпуса 1. Внутри направляющей трубки 19 установлены изолирующая трубка 20 и направляющий канал 21, который является стандартной расходной частью в сварочном производстве и выбирается исходя из диаметра и материала применяемой проволоки. Причем, изолирующая трубка 20 и направляющий канал 21 протягиваются от нижней части направляющей трубки 19 до нижней центрирующей втулки 5 внутри вводного патрубка 4. Снаружи направляющей трубки 19, на некотором удалении от ее нижнего края, закрепляется за счет плотного обжатия токоподводящий хомут 22, выполненный из материала с хорошими электропроводящими и теплопроводящими свойствами, например, из бронзы БрХ1. Токоподводящий хомут 22 имеет герметичную полость для циркуляции охлаждающей жидкости, к выходам из которой герметично присоединены охлаждающие трубки 23, 24, выполненные, например, из полиуретана. Внутри охлаждающих трубок 23, 24 расположены токоподводящие жилы 25, 26, выполненные из материала с хорошими электропроводящими и теплопроводящими свойствами, например, из меди М1, и припаянные изнутри к токоподводящему хомуту 22. Охлаждающие трубки 23, 24 протягиваются от токоподводящего хомута 22 и предназначены для подключения к устройству жидкостного охлаждения, которое не является частью заявляемого устройства. Токоподводящие жилы 25, 26, протягиваются от токоподводящего хомута 22 и предназначены для подключения к источнику питания электрической дуги, который не является частью заявляемого устройства. В резьбовое отверстие нижнего края направляющей трубки 19 вкручен наконечник 27, который является стандартной расходной частью в сварочном производстве и выбирается исходя из диаметра и материала применяемой проволоки. Для монтажа и фиксации заявляемого устройства на вакуумной камере круглая пластина 1 содержит элементы для закрепления, например, отверстия для болтов.The device (figure 1) contains a housing 1, made of non-magnetic metal material, for example, stainless steel 12X18H10T, made in the form of a flat round plate acting as a flange for attaching to a vacuum chamber, which is not part of the device. The housing 1 has holes with two
Устройство работает следующим образом. The device works as follows.
Корпус 1 герметично устанавливают и фиксируют на корпусе вакуумной камере или закрепляют на манипуляторе внутри вакуумной камеры. В установочные патрубки 2, 3 устанавливают электронно-лучевые пушки для сварки или наплавки. Изолирующая трубка 10 с направляющим каналом 11 протягиваются до механизма подачи проволоки, отличительной особенностью которого является электрическая изоляция проволоки. Проволоку пропускают через направляющий канал 11, центрирующие втулки 6, уплотняющую прокладку 7, центрирующую втулку 5, направляющий канал 21, наконечник 27. Закручиванием полой гайки 9 регулируют степень деформации уплотняющей прокладки 7 и обеспечивают герметизацию между поверхностью проволоки и внутренней цилиндрической поверхности вводного патрубка 4. Охлаждающие трубки 23, 24 протягиваются и подключаются к устройству жидкостного охлаждения. Токоведущие жилы 25, 26 протягиваются и совместно подключаются, в том числе через переходники, к одной из клемм источника питания электрической дуги. Ко второй клемме источника питания электрической дуги электрически подключается изделие. Также изделие электрически подключается к корпусу вакуумной камеры и к контуру заземления. Электронно-лучевыми пушками формируют, фокусируют и направляют в область наплавки электронные лучи. Выполняют позиционирование электронных лучей на основе сигналов обратной связи, получаемых с датчиков вторичного сигнала. Электронными лучами расплавляют поверхность области наплавки требуемой формы и размеров, при необходимости выполняют дополнительное воздействие электронными лучами на проволоку для её плавления и воздействие на области, прилегающие к области наплавки для регулирования скоростей нагрева и охлаждения материала. Подающим механизмом подают в область наплавки проволоку. После начала плавления под действием электронных лучей и испарения части металла из зоны наплавки включают источник питания электрической дуги для формирования электрической дуги между торцом проволоки и поверхностью изделия. При этом получают дополнительный источник тепла в той части области наплавки, прямое воздействие на которую электронными лучами невозможно.Housing 1 is hermetically installed and fixed on the housing of the vacuum chamber or fixed on the manipulator inside the vacuum chamber. Mounting
Были выполнены практические эксперименты по электронно-лучевому аддитивному формированию прямолинейных участков изделия с использованием лабораторного стенда имитирующего работу заявляемого устройства. На фиг. 2 представлена фотография поперечного шлифа валика, наплавленного проволокой диаметром 1,6 мм из титанового сплава ВТ6 на подложку толщиной 10 мм из сплава ВТ6 двумя электронными лучами и электрической дугой с общим уровнем мощности этих трех тепловых источников 720 Вт при скорости наплавки 5 мм/с и скорости подачи проволоки 0,8 м/мин. На фиг. 3 представлена увеличенная часть центральной части линии сплавления этого поперечного шлифа, из чего видно наличие сплавления в этой области.Practical experiments were performed on the electron-beam additive formation of rectilinear sections of the product using a laboratory stand that simulates the operation of the proposed device. In FIG. Figure 2 shows a photograph of a cross section of a bead deposited with a 1.6 mm diameter wire made of VT6 titanium alloy on a 10 mm thick substrate made of VT6 alloy using two electron beams and an electric arc with a total power level of these three heat sources of 720 W at a deposition rate of 5 mm/s and wire feed speed 0.8 m/min. In FIG. 3 shows an enlarged part of the central part of the fusion line of this transverse section, which shows the presence of fusion in this area.
Результаты электронно-лучевой наплавки двумя электронными лучами с общим уровнем мощности этих двух тепловых источников 720 Вт без включения электрической дуги при прочих равных условиях показало отсутствие сплавления между наплавляемой проволокой и экранированной от электронного луча областью. На фиг. 4 представлена фотография поперечного шлифа этого наплавленного валика. На фиг. 5 представлена увеличенная часть этого поперечного шлифа, из чего видно наличие сплавления на краю наплавленного валика и наличие несплавления в области, которая была экранирована от прямого воздействия электронным лучом. Для обеспечения бездефектного сплавления потребовалось увеличение общего уровня мощности тепловых источников до 1,1 кВт при прочих равных условиях. На фиг. 6 показана фотография поперечного шлифа многослойной наплавки, выполненной на этом режиме. При этом, отмечена линия сплавления первого слоя с основным металлом. Отчетливо виден результат воздействия двух лучей и участок, затененный проволокой, который несколько смещен влево относительно центральной точки наплавки (объясняется смещением проволоки от центрального положения). Такой характер проплавления обусловлен неравномерностью распределения тепловложения в области наплавки.The results of electron-beam surfacing with two electron beams with a total power level of these two heat sources of 720 W without switching on an electric arc, other things being equal, showed the absence of fusion between the deposited wire and the area shielded from the electron beam. In FIG. 4 shows a photograph of a cross section of this deposited bead. In FIG. Figure 5 shows an enlarged section of this cross section, showing the presence of fusion at the edge of the deposited bead and the presence of non-fusion in the area that was shielded from direct exposure to the electron beam. To ensure defect-free fusion, it was necessary to increase the total power level of heat sources to 1.1 kW, all other things being equal. In FIG. 6 shows a photograph of a transverse section of a multilayer surfacing made in this mode. At the same time, the line of fusion of the first layer with the base metal is marked. The result of the action of two beams and the area shaded by the wire, which is slightly shifted to the left relative to the central point of the surfacing (explained by the displacement of the wire from the central position), are clearly visible. This character of penetration is due to the uneven distribution of heat input in the area of surfacing.
Экранирование присадочной проволокой участка области наплавки от прямого воздействия электронных лучей накладывает ограничение на нижнюю границу регулирования тепловложения. В то время как, использование дополнительного дугового источника тепла в этой экранированной области позволяет распределять тепло более равномерно и снизить общий уровень тепловложения без образования дефектов сплавления.The shielding of a portion of the weld area from the direct action of electron beams with a filler wire imposes a limitation on the lower limit of heat input regulation. Whereas, the use of an additional arc heat source in this shielded area allows the heat to be distributed more evenly and to reduce the overall level of heat input without the formation of fusion defects.
Таким образом, заявляемое устройство позволяет расширить возможности по управлению структурой материала через тепловложение при электронно-лучевом аддитивном формировании изделия.Thus, the proposed device allows you to expand the possibilities for controlling the structure of the material through heat input in the electron-beam additive formation of the product.
Claims (2)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU217445U1 true RU217445U1 (en) | 2023-03-31 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1274882A1 (en) * | 1985-06-07 | 1986-12-07 | Предприятие П/Я В-2058 | Apparatus for electron-beam working |
| US10502701B2 (en) * | 2018-03-30 | 2019-12-10 | General Electric Company | Method and system using x-ray pinhole camera for in-situ monitoring of electron beam manufacturing process |
| JPWO2019198212A1 (en) * | 2018-04-12 | 2020-04-30 | 三菱電機株式会社 | ADDITIONAL PRODUCTION DEVICE, ADDITIONAL PRODUCTION SYSTEM, AND ADDITIONAL PRODUCTION METHOD |
| RU2725537C1 (en) * | 2019-12-31 | 2020-07-02 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Method for electron-beam additive production of workpieces |
| US10792756B2 (en) * | 2017-08-13 | 2020-10-06 | Richard A Comunale | Additive metal manufacturing system for in-situ metrology and process control |
| RU2753069C1 (en) * | 2020-10-13 | 2021-08-11 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Method for electron beam surfacing with vertical filler wire supply |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1274882A1 (en) * | 1985-06-07 | 1986-12-07 | Предприятие П/Я В-2058 | Apparatus for electron-beam working |
| US10792756B2 (en) * | 2017-08-13 | 2020-10-06 | Richard A Comunale | Additive metal manufacturing system for in-situ metrology and process control |
| US10502701B2 (en) * | 2018-03-30 | 2019-12-10 | General Electric Company | Method and system using x-ray pinhole camera for in-situ monitoring of electron beam manufacturing process |
| JPWO2019198212A1 (en) * | 2018-04-12 | 2020-04-30 | 三菱電機株式会社 | ADDITIONAL PRODUCTION DEVICE, ADDITIONAL PRODUCTION SYSTEM, AND ADDITIONAL PRODUCTION METHOD |
| RU2725537C1 (en) * | 2019-12-31 | 2020-07-02 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Method for electron-beam additive production of workpieces |
| RU2753069C1 (en) * | 2020-10-13 | 2021-08-11 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Method for electron beam surfacing with vertical filler wire supply |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2547985C2 (en) | Welding unit and method of welding | |
| KR100497878B1 (en) | Improved welding apparatus and method | |
| EP2379271B1 (en) | Double wire gmaw welding torch assembly and process | |
| US4321454A (en) | Method of and welding torch for arc welding | |
| US20040238511A1 (en) | Method and apparatus for initiating welding arc with aid of vaporized chemical | |
| US3230339A (en) | Method for welding workpieces by means of a beam of charge carriers | |
| US4234779A (en) | Method of and device for plasma-MIG welding | |
| CN110838427B (en) | Electronic gun device for fuse wire additive manufacturing | |
| US4591685A (en) | Narrow gap welding torch | |
| RU217445U1 (en) | DEVICE FOR ELECTRON-BEAM ADDITIVE FORMATION OF PRODUCTS | |
| CN109079291A (en) | A kind of melt pole electrical arc welder and method based on the shunting of hollow tungsten electrode | |
| CA1067584A (en) | Method and torch for sustaining multiple coaxial arcs | |
| DE3330144A1 (en) | METHOD FOR EVENLY HEATING HEATING MATERIAL IN A VACUUM RECIPIENT | |
| US3322930A (en) | Protective shield for electron gun | |
| US3049608A (en) | Electron beam welding | |
| CN112846458A (en) | Ultra-low heat input welding device and welding method for metal sheet | |
| US4122292A (en) | Electric arc heating vacuum apparatus | |
| JPH06229677A (en) | Dc arc furnace and operating method thereof | |
| US4057746A (en) | Demountable high power electron beam gun | |
| US3182175A (en) | Electron beam heating device | |
| US3617686A (en) | Apparatus for treating workpieces with magnetically focused beams of electrically charged particles | |
| CN108453387B (en) | Coaxial composite welding method of ultrahigh-power laser and multi-tungsten-electrode magnetic control rotating electric field | |
| US3294954A (en) | Welding method and apparatus | |
| CN110961625B (en) | 3D printing device and method for molten metal based on arc heat source | |
| RU2323502C1 (en) | Gaseous-discharge electron gun |