Устройство для лазерно-дуговой обработки

 

Использование: машиностроение, другие отрасли промышленности, технология и оборудование для термической обработки. Сущность изобретения: устройство содержит корпус, линзу, электрод который выполнен полым, водоохлаждаемым. Он установлен через завихритель на водоохлаждаемом сопле, имеющем канал для выхода плазменной дуги, а линза установлена в полости электрода и фокус ее расположен в центре соплового канала. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

O (я)5 В 23 К 26/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

0» i « О !

ОО (Л

С)

00 (л

1 (21) 48 1 5986/08 (22) 25.10,89 (46) 15;05;93. Бюл. N. 18 (71) Бишкекский политехнический институт (72) С.Кыдыралиев, Э.А.Мамыркалиев, Г,Д.Кабаева и А.З.Акимжанов (56) Патент CUJA N. 4167662, кл. 8 23 К 9/00, 1979. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛАЗЕРНО-ДУГОВОЙ ОБРАБОТКИ

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано при плазменной обработке металлов большой.толщины.

Целью изобретения является повышение эффективности обработки путем получения плазменной дуги. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для лазерно-плазменной обработки металлов., содержащем корпус; сопло, электрод и лйнзу, электрод выполнен полым, водоохлаждаемым и установлен через завихритель на водоохлаждаемом.сопле, выполненным с каналом для выхода плазменной дуги, а линза установлена в полом электроде, фокус которой расйоложен в центре соплового канала.

Использование полого электрода позволяет существенно повысить ресурс работы в предлагаемом устройстве в отличие от стержневого электрода, Размещение линзы внутри полого электрода, соосно с ним, и сопло, таким образом, чтобы передний фокус линзы совпадал с геометрическим центром канала сопла, „„5U„„1815085 А1

2 (57) Использование; машиностроение, другие отрасли промышленности, технология и оборудование для термической обработки.

Сущность изобретения: устройство содержит корпус, линзу, электрод который выполнен полым, водоохлаждаемым. Он установлен через завихритель на водоохлаждаемом сопле, имеющем канал для выхода плазменной дуги, а линза установлена в полости электрода и фокус ее расположен в центре соплового канала. 1 ил, позволяет упростить конструкцию устройства, повысить эффективность обработки металлов за счет того, что лазерная энергия подается на плазменную дугу, концентрируется s центре канала сопла, эа счет чего резко повышается температура плазменной дуги, происходит ее активизация, существенно увеличивается объем плазмы в канале сопла, Увеличение расхода плазмообразующего газа с 20 до 1500 л/мин позволяет повысить производительность процесса плазменной обработки металлов путем интенсификации процесса ионизация плазменной дуги, повышения ее температуры и ускорения потока за счет поглощения квантовой энергии.

Повышение степени ионизации плазменной дуги активизирует плазму, при этом плазма интенсивно входит в химическую реакцию с обрабатываемым металлом, При расходе газа меньше 20 л/мин возможно оплавление сопла из-за недостаточного выноса плазмы из канала сопла и выход плазмотрона из строя, При расходе газа больше

1815085

1500 л/мин возможен обрыв дуги из-за снижения степени ионизации газа в центральной части канала сопла.

В существующих установках совмещающих лазерную энергию с плазменной дугой, такую струю получить невозможно, так как линзы устанавливались не в плазмотронах. Поэтому в этих установках лазерная энергия концентрировалась не на плазменной дуге; а на изделии, что не позволяло получить мощную высокотемпературную струю, так как в этом случае плазменнаь дуга не ионизируется и поэтому она менее активная, На чертеже изображено устройство для лазерно-дуговой обработки.

Устройство для лазерно-дуговой обработки металлов представляет собой плазмотрон, состоящий из полого цилиндрического водоохлаждаемого электрода 1, водоохлаждаемого сопла 2, соединенного с электродом через газовый завихритель 3, выполненный из диэлектрика, линзы 4, установленной внутри электрода 1, соосно с ним, гибкие волоконные световоды 5. закрепленные во фланце 6, который крепится на электроде 1, уплотнения 7, установленного в месте крепления линзы 4 в электроде

1 для запора газа. На внутренней поверхности электрода 1 ниже крепления линзы 4 выполнена кольцевая выемка 8. Электрод 1, обрабатываемое изделие 9 и сопло 2 подключены к полюсам сварочного источника питания.

Ус гройство для лазерно-дуговой обработки металлов работает следующим образом.

Между электродом 1 и соплом 2 подается высокочастотное напряжение и происходит пробой воздушного зазора между ними, Затем подается плазмообразующий газ через завихритель 3; При этом высокочастотный разряд переходит в дуговой разряд— зажигается дежурная дуга..Последняя под воздействием газодинамических сил растягивается и выдувается из сопла 2. Замыкается электрическая цепь между электродом

1 и изделием 9; Устанавливается основная плазменная дуга, после чего сопло 2 обесточивается. При этом плазмообразующий гаэ, закрученный завихрителем 3 заставляет катодное пятно совершать вращательное движение вокруг оси полого электрода 1 по его поверхности, Выемка 8 предотвращает попадание катодного пятна плазменной дуги на линзу. Устанавливается процесс плазменной обработки металла, В этот момент по световодам 5 подается лазерная энергия, которая линзой 4 фокусируется по оси сопла

2 плазмотрона в центре его цилиндрической части. При этом происходит интенсивная фотоионизация плазмы 10 фотонами лазерного луча 11. Фотоионизация плазмы идет по схеме

5 Aî+ hy P+y где А — атом плазмообразующего газа;

А+ — ион; е — электрон;

h v — квант энергии;

h = 4,13 10 эВ С-постоянная Планка;

v — частота колебаний электромагнит,ного излучения, вызвавшего ионизацию атома.

Фотоионизация сопровождается резким увеличением температуры и объема плазмы.

Увеличение объема плазмы в цилиндрической части сопла может привести к аварийному режиму, т.е. плазма может достичь

20 поверхности сопла и произойдет двойное дугообразование. Для предотвращения двойного.дугообразования необходимо увеличить расход плазмообразующего газа.

При этом происходит также ускорение

25 плазмы дугового Разряда, Увеличивадтся газодинамический напор плазмы на обрабатываемое изделие, что также увеличивает глубину проплавления.

Активизированный высокотемпературный плазменный поток взаимодействует с обрабатываемым металлом, вызывая экзотермическую реакцию между плазмой и металлом, что значительно увеличивает глубину проплавления металла.

Установка для лазерно-дуговой обработки позволяет увеличить толщину обрабатываемого металла в 1,5-2 раза (при резке и сварке), Пример. Проводили резку металла Ст3

40 no: 1) На существующей установке для плазменной резки АПР-404 на режимах: ток дуги

350 А, напряжение 180 В; скорость резки 1,3 м/мин, расход воздуха 20 л/мин, получали хороший рез на толщине 40 мм. 2) На пред45 лагаемой установке для лазерно-дуговой резки ток дуги 350 А, напряжение 180 В, скорость резки 1,3 м/мин, расход воздуха

75 л/мин, мощность лазера 0,5 кВт, получали хороший рез на толщине 65 мм.

Предлагаемое изобретение позволяет повысить эффективность обработки металлов за счет поглощения плазменной дугой квантовой энергии, вследствие чего значительно повышается температура плазмы и

55 ускоряется ее поток.

Формула изобретения

Устройство для лазерно-дуговой обработки, содержащее корпус, сопло, электрод

1815085

Составитель Э. Мамыркалиев

Техред М.Моргентал Корректор T.Âýøêîâè÷

Редактор

Заказ 1609 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 и линзу, установленную соосно электроду, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью ,повышения эффективности обработки металлов путем получения плазменной дуги, электрод выполнен полым, водоохлаждаемым и установлен через завихритель На водоохлаждаемом сопле, выполненном с каналом для выхода плазменной дуги, а линза установлена в полости алек рода и фокус ев.

5 расположен в центре соплового канала.