RU2580180C2 - Способ лазерной наплавки и устройство для его осуществления - Google Patents

Способ лазерной наплавки и устройство для его осуществления Download PDF

Info

Publication number
RU2580180C2
RU2580180C2 RU2014108832/02A RU2014108832A RU2580180C2 RU 2580180 C2 RU2580180 C2 RU 2580180C2 RU 2014108832/02 A RU2014108832/02 A RU 2014108832/02A RU 2014108832 A RU2014108832 A RU 2014108832A RU 2580180 C2 RU2580180 C2 RU 2580180C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
laser
beams
conical
series
deposited material
Prior art date
Application number
RU2014108832/02A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2014108832A (ru
Inventor
Юрий Александрович Чивель
Original Assignee
Юрий Александрович Чивель
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Юрий Александрович Чивель filed Critical Юрий Александрович Чивель
Priority to RU2014108832/02A priority Critical patent/RU2580180C2/ru
Priority to PCT/IB2015/000125 priority patent/WO2015132640A1/ru
Priority to US15/123,752 priority patent/US11235423B2/en
Publication of RU2014108832A publication Critical patent/RU2014108832A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2580180C2 publication Critical patent/RU2580180C2/ru

Links

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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/115—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces by spraying molten metal, i.e. spray sintering, spray casting
    • 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
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/0604—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams
    • B23K26/0613—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams having a common axis
    • B23K26/0617—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams having a common axis and with spots spaced along the common axis
    • 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
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • 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
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/0643—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising mirrors
    • 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
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/0648—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising lenses
    • 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
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/0665—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by beam condensation on the workpiece, e.g. for focusing
    • 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
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/067—Dividing the beam into multiple beams, e.g. multifocusing
    • 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
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/067—Dividing the beam into multiple beams, e.g. multifocusing
    • B23K26/0676—Dividing the beam into multiple beams, e.g. multifocusing into dependently operating sub-beams, e.g. an array of spots with fixed spatial relationship or for performing simultaneously identical operations
    • 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
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/073—Shaping the laser spot
    • B23K26/0734—Shaping the laser spot into an annular shape
    • 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
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/073—Shaping the laser spot
    • B23K26/0736—Shaping the laser spot into an oval shape, e.g. elliptic shape
    • 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
    • B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
    • 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
    • B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
    • B23K26/144—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor the fluid stream containing particles, e.g. powder
    • 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
    • B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
    • B23K26/146—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor the fluid stream containing a liquid
    • 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
    • B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
    • B23K26/1462—Nozzles; Features related to nozzles
    • B23K26/1464—Supply to, or discharge from, nozzles of media, e.g. gas, powder, wire
    • B23K26/1476—Features inside the nozzle for feeding the fluid stream through the nozzle
    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C26/00—Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00
    • C23C26/02—Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00 applying molten material to the substrate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/001—Axicons, waxicons, reflaxicons
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/005—Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H01S3/0071—Beam steering, e.g. whereby a mirror outside the cavity is present to change the beam direction

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способу и устройству лазерной наплавки материалов. Способ лазерной наплавки состоит в подаче наплавляемого материала в фокальную область лазерного пучка, размещенную на поверхности обрабатываемого изделия. Из исходного кругового лазерного пучка формируют серию параллельных кольцевых лазерных пучков, преобразуют их в серию конических пучков и раздельно фокусируют вдоль одной оптической оси, по которой подают наплавляемый материал. Устройство содержит лазер, оптически связанный с системой формирования конического пучка, фокусирующую линзу и систему подачи наплавляемого материала, оптическую систему формирования серии кольцевых лазерных пучков с регулируемым распределением мощности лазерного излучения по кольцевым пучкам, поворотное зеркало с отверстием для проводки трубок подачи газа, охлаждающей жидкости и наплавляемого материала, систему фокусирующих конических зеркал. Изобретение обеспечивает расширение технологических возможностей и снижение энергозатрат при высокой точности изготовления деталей. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Данное изобретение относится к области лазерной обработки материалов и может быть использовано при лазерной наплавке, в том числе селективной лазерной наплавке.
Задачей заявляемого изобретения является разработка способа и устройства для лазерной наплавки, обеспечивающего расширение возможностей данного метода лазерной обработки, повышение производительности и точности изготовления деталей, снижение энергозатрат при высоком качестве изделия.
Известен способ [1] лазерной наплавки, состоящий в подаче наплавляемого материала в фокальную область лазерного пучка, размещенную на поверхности обрабатываемого изделия. Недостатком данного способа является невозможность раздельного нагрева наплавляемого материала и области обрабатываемого изделия в пятне фокусировки лазера.
Наиболее близким к предлагаемому способу является представленный в [2] способ, состоящий в подаче наплавляемого материала в фокальную область лазерного пучка, размещенную на поверхности обрабатываемого изделия. Недостатком данного способа является невозможность раздельного нагрева наплавляемого материала и области обрабатываемого изделия в пятне фокусировки лазера, что приводит к значительным потерям энергии на поддержание ванны расплава и снижает точность наплавки.
Задачей заявляемого изобретения является расширение области применения, снижение энергозатрат, повышение точности и качества лазерной наплавки.
Заявляемый способ лазерной наплавки состоит в подаче наплавляемого материала в фокальную область лазерного пучка, размещенную на поверхности обрабатываемого изделия. В отличие от других способов из исходного кругового лазерного пучка формируют серию кольцевых лазерных пучков с регулируемым распределением мощности по пучкам и преобразуют в серию конических лазерных пучков с помощью конических зеркал 8, 9 и объектива 7 (фиг.1). Конические пучки фокусируют раздельно, как на поверхность обрабатываемого изделия для ее нагрева, так и в различные области подаваемого материала, будь то струя газа, жидкости, порошка, аэрозоля, или проволока, или струя гетерогенной плазмы, для его оптимального нагрева. При этом фокусы пучков располагают вдоль одной оптической оси, по которой подают наплавляемый материал. Заявляемый способ обеспечивает оптимальный тепловой режим процесса, позволяет значительно снизить энергозатраты и повысить точность наплавки.
Известно устройство лазерной наплавки [3], содержащее лазер, оптически связанный с системой формирования кольцевого пучка, поворотное зеркало, объектив.
Недостатком данного устройства является сложность, а также невозможность раздельного нагрева наплавляемого материала (проволоки) и поверхности обрабатываемого изделия в области наплавки.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является представленное в [4] устройство для селективной лазерной наплавки, содержащее лазер, оптически связанный с системой формирования конического пучка, и фокусирующую линзу для раздельного нагрева детали и порошковой струи и систему подачи порошка.
Недостаток данного устройства состоит в невозможности управления параметрами излучения, воздействующего на поверхность детали и порошковую струю.
Задачей заявляемого изобретения является расширение функциональных возможностей устройства,
Для решения поставленной задачи предлагается устройство для лазерной наплавки, содержащее лазер, оптически связанный с системой формирования серии конических пучков для раздельного нагрева детали и порошковой струи.
Новым является то, что устройство дополнительно снабжено системой формирования серии параллельных кольцевых лазерных пучков с регулируемым распределением мощности лазерного излучения по кольцевым пучкам, поворотным зеркалом с отверстием для проводки трубок подачи газа, охлаждающей жидкости и наплавляемого материала, системой фокусирующих конических зеркал, причем фокус линзы и фокусы конических зеркал лежат на одной оптической оси, вдоль которой подается наплавляемый материал.
Сущность изобретения поясняется схемой (фиг.1).
Устройство содержит лазер 1, оптически связанный с оптической системой формирования серии кольцевых лазерных пучков с регулируемым распределением мощности лазерного излучения по кольцевым пучкам в составе регулируемого расширителя пучка 2, отражательного мультиаксикона 16 и мультифасеточного зеркала 3. Серия кольцевых параллельных пучков разворачивается поворотным зеркалом 4 с отверстием для проводки трубок, охлаждающей жидкости 6, подачи газа и наплавляемого материала 5. Кроме этого в состав устройства входят фокусирующая линза 7, фокусирующие конические зеркала 8, 9.
Устройство работает следующим образом. Луч лазера 1 после прохождения расширителя пучка 2, мультиаксикона 16 и мультифасеточного зеркала 3 трансформируется в серию кольцевых пучков. Один из пучков фокусируется линзой 7 на поверхность изделия 11 в пятно облучения 12 и плавит поверхность в области пятна. Наплавляемый материал подается по трубке 5 в виде либо струи 10 газа, порошка, жидкости, гетерогенной плазмы или в виде проволоки. Другие пучки фокусируются с помощью конических зеркал 8, 9 в заданные области струи 10 для разогрева этих областей 13, 14. Меняя размеры пучка 15 после расширителя пучка, можно перераспределять мощность лазера по областям 12, 13 и 14 и тем самым регулировать процесс наплавки и эффективно греть и поверхность детали, и струю материала. Это позволяет уменьшить размеры ванны расплава, увеличить энерговклад в струю или проволоку ввиду их малого теплоотвода и, в случае струй, большого поглощения излучения.
Таким образом, заявляемые способ и устройство лазерной наплавки, обеспечивают снижение энергозатрат, повышение точности и качества наплавки.
Литература
1. Bruck G. High power laser beam cladding. Journal of Metals, 39, 1987, p.10-13.
2. Чивель Ю.А. Патент №6931. 10.11.2004.
3. C. Schnitzler, M. Traub, J. Dettrich. Patent DE 10200701840. 2009.
4. Чивель Ю.А. Патент №2447979.05.11.2009.

Claims (3)

1. Способ лазерной наплавки, включающий подачу наплавляемого материала в фокальную область кругового лазерного пучка, размещенную на поверхности обрабатываемого изделия, отличающийся тем, что из исходного кругового лазерного пучка формируют серию параллельных кольцевых лазерных пучков с регулируемым распределением мощности излучения исходного кругового лазерного пучка по кольцевым пучкам, преобразуют упомянутые кольцевые пучки в серию конических пучков и раздельно фокусируют конические пучки с расположением фокусов пучков вдоль одной оптической оси, по которой подают наплавляемый материал.
2. Способ по п. 1, в котором в качестве наплавляемого материала используют твердое, жидкое, газообразное, порошкообразное, аэрозольное вещество или гетерогенную плазму.
3. Устройство для лазерной наплавки, содержащее лазер, оптически связанный с системой формирования конического пучка, фокусирующую линзу и систему подачи наплавляемого материала, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено оптической системой формирования серии кольцевых лазерных пучков с регулируемым распределением мощности лазерного излучения по кольцевым пучкам, поворотным зеркалом с отверстием для проводки трубок подачи газа, охлаждающей жидкости и наплавляемого материала и системой фокусирующих конических зеркал, причем фокус линзы и фокусы конических зеркал лежат на одной оптической оси, вдоль которой подается наплавляемый материал.
RU2014108832/02A 2014-03-06 2014-03-06 Способ лазерной наплавки и устройство для его осуществления RU2580180C2 (ru)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014108832/02A RU2580180C2 (ru) 2014-03-06 2014-03-06 Способ лазерной наплавки и устройство для его осуществления
PCT/IB2015/000125 WO2015132640A1 (ru) 2014-03-06 2015-02-06 Способ лазерной наплавки и устройство для его осуществления
US15/123,752 US11235423B2 (en) 2014-03-06 2015-02-06 Laser cladding method and device for implementing same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014108832/02A RU2580180C2 (ru) 2014-03-06 2014-03-06 Способ лазерной наплавки и устройство для его осуществления

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014108832A RU2014108832A (ru) 2015-09-20
RU2580180C2 true RU2580180C2 (ru) 2016-04-10

Family

ID=54054631

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014108832/02A RU2580180C2 (ru) 2014-03-06 2014-03-06 Способ лазерной наплавки и устройство для его осуществления

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11235423B2 (ru)
RU (1) RU2580180C2 (ru)
WO (1) WO2015132640A1 (ru)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2676064C1 (ru) * 2018-01-11 2018-12-25 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) Способ сверхзвуковой лазерной наплавки порошковых материалов и устройство его реализующее
RU200648U1 (ru) * 2019-12-27 2020-11-03 Общество с ограниченной ответственностью «Термолазер» Оптическая головка для лазерной наплавки
RU200650U1 (ru) * 2019-12-29 2020-11-03 Общество с ограниченной ответственностью «Термолазер» Оптическая головка для лазерной наплавки
RU200649U1 (ru) * 2019-12-27 2020-11-03 Общество с ограниченной ответственностью «Термолазер» Устройство для лазерной наплавки
RU200662U1 (ru) * 2019-12-29 2020-11-05 Общество с ограниченной ответственностью «Термолазер» Устройство для лазерной наплавки

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT201600070259A1 (it) * 2016-07-06 2018-01-06 Adige Spa Procedimento di lavorazione laser di un materiale metallico con controllo della posizione dell'asse ottico del laser rispetto ad un flusso di gas di assistenza, nonché macchina e programma per elaboratore per l'attuazione di un tale procedimento.
CN108931855B (zh) * 2018-09-27 2023-06-30 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 一种环形光束变换装置及变换方法
CN109663915B (zh) * 2018-12-28 2024-03-26 淮阴工学院 一种激光增材制造防裂的方法
JP7098053B2 (ja) * 2019-03-29 2022-07-08 Dmg森精機株式会社 加工機械
CN109852967B (zh) * 2019-04-17 2021-01-19 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院 细束流激光熔化沉积增材制造方法及其使用的激光加工头
CN110004496B (zh) * 2019-05-16 2024-01-30 中国电子科技集团公司第二十六研究所 一种环形激光加热***
US20210060861A1 (en) * 2019-08-27 2021-03-04 Edison Welding Institute, Inc. Coaxial laser-wire optical system for use in additive manufacturing
CN110747467B (zh) * 2019-11-29 2023-05-23 浙江工业大学 基于电磁感应加热的激光快速熔覆工艺及装置
CN110923706A (zh) * 2019-12-31 2020-03-27 华南理工大学 一种基于3d打印的激光熔覆装置及其喷嘴
CN111455377B (zh) * 2020-05-19 2024-03-26 宝宇(武汉)激光技术有限公司 一种激光熔覆装置及方法
KR20210144982A (ko) * 2020-05-21 2021-12-01 삼성디스플레이 주식회사 레이저 장치
CN112828471B (zh) * 2020-12-31 2022-12-16 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院 激光熔覆缆式焊丝增材制造难熔高熵合金的方法及装置
US20230106321A1 (en) * 2021-10-05 2023-04-06 Nikon Corporation Systems and methods for improved melting in three-dimensional printing processes
CN114231976A (zh) * 2021-12-27 2022-03-25 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院 一种可调长焦深超高速环形激光熔覆加工装置
CN115074722A (zh) * 2022-05-27 2022-09-20 江苏智远激光装备科技有限公司 一种手持式激光熔覆头装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BY6931C1 (ru) * 2002-03-13 2005-03-30
RU2447979C2 (ru) * 2009-11-05 2012-04-20 Юрий Александрович Чивель Устройство лазерной наплавки и легирования
RU2467851C2 (ru) * 2006-02-23 2012-11-27 Пикодеон Лтд Ой Солнечный элемент и способ и система для его изготовления

Family Cites Families (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3865564A (en) * 1973-07-09 1975-02-11 Bell Telephone Labor Inc Fabrication of glass fibers from preform by lasers
US4135902A (en) * 1978-03-03 1979-01-23 Western Electric Co., Inc. Method and apparatus for drawing optical fibers
US4456811A (en) * 1982-06-21 1984-06-26 Avco Everett Research Laboratory, Inc. Method of and apparatus for heat treating axisymmetric surfaces with an annular laser beam
EP0129603A4 (en) * 1982-12-17 1985-06-10 Inoue Japax Res CUTTING DEVICE WITH LASER.
US4724299A (en) * 1987-04-15 1988-02-09 Quantum Laser Corporation Laser spray nozzle and method
FR2662508B1 (fr) * 1990-05-22 1993-07-09 Mehadji Kada Procede de realisation d'un cone d'entree sur un embout de raccordement pour fibres optiques et dispositif de mise en óoeuvre.
JPH04280915A (ja) * 1991-01-10 1992-10-06 Nippon Steel Corp 金属線材のレーザ熱処理法およびその装置
JP3155132B2 (ja) * 1993-09-24 2001-04-09 三菱電機株式会社 固体レーザ装置及びレーザ加工装置
US5449879A (en) * 1993-10-07 1995-09-12 Laser Machining, Inc. Laser beam delivery system for heat treating work surfaces
JPH08108289A (ja) * 1994-10-07 1996-04-30 Sumitomo Electric Ind Ltd レーザ加工用光学装置
US5848091A (en) * 1997-01-21 1998-12-08 The Twentyfirst Century Corp. Laser resonator with improved output beam characteristics
US6016227A (en) * 1998-07-31 2000-01-18 The University Of Tennessee Research Corporation Apparatus and method for producing an improved laser beam
US6756561B2 (en) * 1999-09-30 2004-06-29 National Research Council Of Canada Laser consolidation apparatus for manufacturing precise structures
JP3820930B2 (ja) * 2000-08-02 2006-09-13 セイコーエプソン株式会社 レーザー加工方法及び加工装置
US6860960B1 (en) * 2000-09-05 2005-03-01 Scimed Life Systems, Inc. Method of applying a laser beam around the circumference of a catheter
US6777645B2 (en) * 2001-03-29 2004-08-17 Gsi Lumonics Corporation High-speed, precision, laser-based method and system for processing material of one or more targets within a field
US6710280B2 (en) * 2001-05-22 2004-03-23 The P.O.M. Group Focusing optics for adaptive deposition in rapid manufacturing
JP2003080604A (ja) * 2001-09-10 2003-03-19 Fuji Photo Film Co Ltd 積層造形装置
US6720519B2 (en) * 2001-11-30 2004-04-13 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. System and method of laser drilling
DE10240033B4 (de) * 2002-08-28 2005-03-10 Jenoptik Automatisierungstech Anordnung zum Einbringen von Strahlungsenergie in ein Werkstück aus einem schwach absorbierenden Material
US7154066B2 (en) * 2002-11-06 2006-12-26 Ultratech, Inc. Laser scanning apparatus and methods for thermal processing
US7521651B2 (en) 2003-09-12 2009-04-21 Orbotech Ltd Multiple beam micro-machining system and method
EA007043B1 (ru) 2003-11-25 2006-06-30 Гну "Институт Молекулярной И Атомной Физики Нанб" Устройство лазерной наплавки и легирования
KR100813350B1 (ko) * 2004-03-05 2008-03-12 올림푸스 가부시키가이샤 레이저 가공 장치
US7820936B2 (en) * 2004-07-02 2010-10-26 Boston Scientific Scimed, Inc. Method and apparatus for controlling and adjusting the intensity profile of a laser beam employed in a laser welder for welding polymeric and metallic components
US7569174B2 (en) * 2004-12-07 2009-08-04 3D Systems, Inc. Controlled densification of fusible powders in laser sintering
US9138913B2 (en) * 2005-09-08 2015-09-22 Imra America, Inc. Transparent material processing with an ultrashort pulse laser
JP5126074B2 (ja) * 2008-07-11 2013-01-23 株式会社Ｊｖｃケンウッド 光ピックアップ及び光デバイス
US9168612B2 (en) * 2011-01-28 2015-10-27 Gas Technology Institute Laser material processing tool
RU2502588C2 (ru) * 2011-04-05 2013-12-27 Общество с ограниченной ответственностью Вятское машиностроительное предприятие "Лазерная техника и технологии" Способ импульсной лазерной наплавки металлов
US20140065320A1 (en) * 2012-08-30 2014-03-06 Dechao Lin Hybrid coating systems and methods
JP6432236B2 (ja) * 2014-09-17 2018-12-05 富士ゼロックス株式会社 粉体塗装装置、及び粉体塗装方法
HUE064074T2 (hu) * 2016-11-18 2024-02-28 Ipg Photonics Corp Összeállítás és eljárás anyagok lézeres feldolgozására
US10906832B2 (en) * 2017-08-11 2021-02-02 Corning Incorporated Apparatuses and methods for synchronous multi-laser processing of transparent workpieces

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BY6931C1 (ru) * 2002-03-13 2005-03-30
RU2467851C2 (ru) * 2006-02-23 2012-11-27 Пикодеон Лтд Ой Солнечный элемент и способ и система для его изготовления
RU2447979C2 (ru) * 2009-11-05 2012-04-20 Юрий Александрович Чивель Устройство лазерной наплавки и легирования

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2676064C1 (ru) * 2018-01-11 2018-12-25 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) Способ сверхзвуковой лазерной наплавки порошковых материалов и устройство его реализующее
RU200648U1 (ru) * 2019-12-27 2020-11-03 Общество с ограниченной ответственностью «Термолазер» Оптическая головка для лазерной наплавки
RU200649U1 (ru) * 2019-12-27 2020-11-03 Общество с ограниченной ответственностью «Термолазер» Устройство для лазерной наплавки
RU200650U1 (ru) * 2019-12-29 2020-11-03 Общество с ограниченной ответственностью «Термолазер» Оптическая головка для лазерной наплавки
RU200662U1 (ru) * 2019-12-29 2020-11-05 Общество с ограниченной ответственностью «Термолазер» Устройство для лазерной наплавки

Also Published As

Publication number Publication date
US20170312856A1 (en) 2017-11-02
RU2014108832A (ru) 2015-09-20
US11235423B2 (en) 2022-02-01
WO2015132640A1 (ru) 2015-09-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2580180C2 (ru) Способ лазерной наплавки и устройство для его осуществления
RU2746317C2 (ru) Способ лазерной обработки металлического материала с управлением поперечным распределением мощности лазерного пучка в рабочей плоскости, включая установку и компьютерную программу для реализации упомянутого способа
US8404994B2 (en) Laser beam welding device and method
JP6063670B2 (ja) レーザ切断加工方法及び装置
RU2750313C2 (ru) Способ лазерной обработки металлического материала с высоким уровнем динамического управления осями движения лазерного луча по заранее выбранной траектории обработки, а также станок и компьютерная программа для осуществления указанного способа
US10610962B2 (en) Methods and apparatus for spot welding workpieces using laser pulses
US20170232558A1 (en) Laser machining method and laser machining apparatus
JP2010194558A (ja) レーザ切断方法及びレーザ切断装置
US6444947B1 (en) Method and device for laser beam welding
DE60120616D1 (de) Verfahren und Einrichtung zum Laserschneiden mit einem zweiflüssigen Doppelfokusschneidkopf
RU2015112812A (ru) Способ нанесения и лазерной обработки теплозащитного покрытия (варианты)
JP6731559B1 (ja) ビーム整形器及びその使用、ワークピースのレーザビーム処置装置及びその使用、ワークピースのレーザビーム処置方法
RU2447979C2 (ru) Устройство лазерной наплавки и легирования
JP2017051965A (ja) レーザ加工方法およびレーザ加工装置
CN105143122A (zh) 玻璃物体的锐缘的钝化方法
US10821670B2 (en) Method for additive manufacturing of a three-dimensional object
CN107363409A (zh) 一种激光抛光机以及使用该激光抛光机的抛光方法
JP2003251480A (ja) レーザクラッド装置およびレーザ照射装置
JP2019037997A (ja) レーザクラッディング装置
RU2466842C1 (ru) Способ газолазерной резки материалов и установка для газолазерной резки
JP2016078073A (ja) ダイレクトダイオードレーザ光による板金の加工方法及びこれを実行するダイレクトダイオードレーザ加工装置
TW201722605A (zh) 硬脆材料的雷射切割方法及雷射切割機
Arejita et al. Adaptive control for a dual laser beam solution for the welding of high reflectivity dissimilar materials
KR20230061508A (ko) 조사 시스템을 작동시키는 방법, 조사 시스템 및 3차원 워크피스를 편광 제어로 생산하기 위한 장치
RU2459690C1 (ru) Способ лазерного раскроя металлического листового материала

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170307

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20180626