Устройство для лазерно-дуговой обработки

1815085 А 1 СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК П 9) 23 К 26 00 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(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 водоох лаждаемом сопле, имеющем канал для выхода плазменной дуги, а линза установлена в полости электрода и фокус ее расположен в центре соплового канала. 1 ил,нический институт ,А. Мамы р калие в, анов66 2, кл. В 23 К 9/00; ЛАЗЕРНО-ДУГОИзобретение относится к сварочному позволяет упростить конструкцию устройстпроизводству и может быть использовано ва, повысить эффективность обработки мепри плазменной обработке металлов боль- таллов за счет того, что лазерная энергия шой.толщины подается на плазменную дугу, концентрируЦелью изобретения является повыше- ется в центре канала сопла, эа счет чего ние эффективности обработки путем пол- резкоповышаетсятемператураплазменной учения плазменной дуги. Поставленная дуги, происходит ееактивизация, сущестцель достигается тем, что в устройстве для венно увеличивается объем плазмы в канале лазерно-плазменной обработки металлов, сопла,содержащем корпус; сопло, электрод и лйн- . Увеличение расхода плаэмообраэующезу, электрод выполнен полым, водоохлажда- . го газа с 20 до 1500 л/мин позволяет повыемым и установлен через завихритель на сить производительность процесса водоохлаждаемом.сопле, выполненным сплазменной обработки металлов путем инканалом для выхода плазменной дуги, а лин- тенсификации процесса ионизация плаэза установлена в полом электроде, фокус менной дуги, повышения ее температуры и которой расйоложен в центре соплового ка- ускорения потока за счет поглощения кван- нала. товой энергии.Использование полого электрода по- Повышение степени ионизации плаззволяет существенно повысить ресурс рабо- менной дуги активизирует плазму, при этом ты в предлагаемом устройстве в отличие от плазма интенсивно входит в химическую рестержневого электрода, акцию с обрабатываемым металлом, ПриРаэмещениелинзы внутри полого элек- расходе газа меньше 20 л/мин возможно трода, соосно с ним, и сопло, таким обра- оплавление сопла иэ-за недостаточного еызом, чтобы передний фокус линзы совпадал носа плазмы из канала сопла и выход плаэс геометрическим центром канала сопла. мотрона из строя, При расходе газа больше1500 л/мин возможен обрыв дуги из-за снижения степени ионизации газа в центральной части канала сола.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 б, 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.Усгройство 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 интенсивнаяфотоионизация плазмы 10 фотонами лазерного луча 11. Фотоионизация плазмы идетпо схеме5 А+ и=А е-,где А - атом плазмообразующего газа;А+ - ион;е - электрони и - квант энергии;и = 4,131 О эВ С.постоянная Планка;м - частота колебаний электромагнит,ного излучения, вызвавшего ионизациюатома,Фотоионизация сопровождается резкимувеличением температуры и объема плазмы.Увеличение объема плазмы в цилиндрической части сопла может привести к аварийному режиму, т.е. плазма может достичь20 поверхности сопла и произойдет двойноедугообразование. Для предотвращениядвойного.дугообразования необходимо увеличить расход плазмообразующего газа.При этом происходит также ускорение25 плазмы дугового Разряда, Увеличивадтсягазодинамический напор плазмы на обрабатываемое изделие, что также увеличиваетглубину проплавления.Активизированный высокотемпературный плазменный поток взаимодействует собрабатываемым металлом, вызывая экзотермическую реакцию между плазмой и металлом, что значительно увеличиваетглубину проплавления металла,Установка для лазерно-дуговой обработки позволяет увеличить толщину обрабатываемого металла в 1,5-2 раза(при резке исварке),П р и м е р. Проводили резку металла Ст 340 по: 1) На существующей установке для плазменной резки АПРна режимах: ток дуги350 А, напряжение 180 В; скорость резки 1,3м/мин, расход воздуха 20 л/мин, получалихороший рез на толщине 40 мм. 2) На пред 45 лагаемой установке для лазерно-дуговойрезки ток дуги 350 А, напряжение 180 В,скорость резки 1,3 м/мин, расход воздуха75 л/мин, мощность лазера 0,5 кВт, получали хороший рез на толщине 65 мм.Предлагаемое изобретение позволяетповысить эффективность обработки металлов за счет поглощения плазменной дугойквантовой энергии, вследствие чего значительно повышается температура плазмы и55 ускоряется ее поток. Формула изобретения Устройство для лазерно-дуговой обработки, содержащее корпус, сопло, электрод1815085 Составитель Э. Мам Техред М.Моргентал лиев Корректор Т,Вашкович Реда кт Заказ 1609 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета поизобретениям и открытиям при ГКНТ 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 нно-издательский комбинат "Патент", г, Ужго роиэв гарина, 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 нь водоохлаждаемом сопле, выполненном с каналом для выхода плазменной дуги, а линза установлена в полости элекзрода и фокус ее.5 расположен в центре соплового канала.