способ локальной термической обработки материалов и устройство для его осуществления (варианты)

область техники

изобретение относится к области термической обработки материалов, а именно, к локальной гибридной термической обработке материалов методом воздействия на материал в локальной зоне обработки когерентным и полихроматическим излучением, преимущественно при сварке металлов.

изобретение может быть использовано для локальной термообработки, а также для сварки, наплавки и изготовления термически гранулированных флюсов.

уровень техники

наибольшую известность получила термообработка металлов источниками когерентного излучения. в книге «лaзepнaя сварка металлов)), григорьянц а.г. и др., M, высшая школа, 1987, cтp.89-124 [1] рассмотрены методы термической обработки, сварки, резки, прошивки отверствий и наплавки и металлов источниками когерентного излучения.

отмечается, что лазеры, обладая определенными преимуществами, такими как, высокое значение плотности энергии,

заменяющий лист (правило 26)

возможность передачи излучения по световоду и манипуляции сварочной головкой при ее размещении на роботе, имеют недостатки, которые заключаются в следующем:

- низкий коэффициент поглощения лазерного излучения обрабатываемой поверхностью, увеличивающий пороговое значение критической плотности мощности;

- жесткие термические циклы, которые могут приводить к снижению качества обрабатываемых изделий;

- эффекты брызгообразования и порообразования при высоких скоростях сварки;

- низкое значение кпд лазеров и их высокая стоимость.

по данным центра лазерных технологий сша, г. плимут (сепtеr fоr Lаsеr тесhпоlоgу, http://www.fraunhofer.com) [2] стоимость одного ватта энергии твёрдотельных лазеров составляет 120-200 долларов сша.

указанные недостатки ограничивают применение источников когерентного излучения для термообработки материалов.

известно также применение источников полихроматического излучения для сварки встык и пайки тонколистовых металлов и сплавов.

в статье "светолучевое сварочное оборудование", алексеев г.м. и др. ("Wеldiпg Iпtегааtiопаl", 2000, vоl. 14, JNe 3, c.246-248.) [3] изложены методы и основы технологии обработки источниками полихроматического излучения, приведено описание светолучевого сварочного оборудования. отмечено, что обработка источниками полихроматического излучения обеспечивает бесконтактный подвод

заменяющий лист (правило 26)

энергии через оптически прозрачную оболочку в контролируемой газовой среде или вакууме, пространственную стабильность полихроматического излучения, устойчивость от влияния электромагнитных полей, управление интенсивностью излучения, экологическую чистоту. указаны также и недостатки источников полихроматического излучения - при сравнительно невысокой стоимости лучистой энергии, они имеют низкие значения плотности энергии в точке обработки, находящиеся в диапазоне около 10 вт/см , что существенно снижает производительность и ограничивает применение источников полихроматического излучения.

в качестве источника полихроматического излучения, как правило, используется дуговой разряд между катодом и анодом, излучение которого с помощью рефлекторов фокусируется в рабочую точку на изделии, за счёт чего и достигается необходимая температура для сварки и пайки (RU 2062684, а, B23K 28/02) [4].

существенный прогресс в разработке энергоэкономных технологий был достигнут при переходе на новую концепцию термического нагрева материалов. суть концепции заключается в интегральном подходе, то есть в применении для нагрева материалов комбинации двух источников тепла, и подогреве (активировании) зоны обработки материала. а именно, наряду с лазером, было предложено использовать энергию полихроматического газоразрядного светового источника. воздействие полихроматического луча изменяет оптические свойства поверхности материала в зоне обработки, что приводит к увеличению коэффициента поглощения лазерного излучения этой поверхностью и,

заменяющий лист (правило 26)

соответственно, позволяет снизить плотность энергии когерентного излучения, т.е. применять лазеры меньшей мощности.

известна гибридная термическая обработке и сварка металлов одновременным воздействием когерентным и полихроматическим излучением («пepcпeктивы применения светолазерных технологию), алексеев г.м. и др., журнал «Aвтoмaтичecкaя cвapкa», 2005, Ns «5, стр. 5 -11) [5]. в публикации приведен анализ преимуществ и недостатков термического воздействия когерентным и полихроматическим излучением, изложены основные методы обработки металлов и описывается устройство для осуществления этих методов.

анализ показывает «accимeтpичнocть» преимуществ и недостатков обоих способов, что и предопределило целесообразность их совмещения для использования достоинств и нейтрализации недостатков этих способов. в первую очередь, реализовать такие преимущества как, высокая плотность энергии лазера и возможность ее передача по световоду, бесконтактный подвод энергии через оптически прозрачную оболочку в контролируемой газовой среде или вакууме и пространственную стабильность полихроматического излучения. одновременно, уменьшить негативное влияние таких недостатков, как малый кпд и дороговизна когерентной лучистой энергии, и низкое значение плотности энергии полихроматических источников.

аналогом настоящего изобретения является способ и устройство для сварки, пайки и наплавки металлов методом одновременного

заменяющий лист (правило 26)

воздействия на материал в локальной зоне обработки когерентным и полихроматическим излучением (RU 2185943, B23K28/02) [6].

в указанном патенте излучатель полихроматического излучения размещен в охлаждаемом корпусе и имеет отражательную поверхность, состоящую из первого и второго эллипсоидов вращения, большие оси которых совмещены. эллипсоиды соединены отражающей сферической поверхностью. в устройстве имеется узел поджига дуги подвижным третьим электродом между катодом и анодом. ось узла крепления световода от источника когерентного излучения (лазера) размещена с возможностью регулировки под углом от 5° до 85° к большой оси концентратора так, что точка пересечения оси световода и большой оси излучателя полихроматического излучения совмещена с рабочим фокусом устройства.

устройство работает следующим образом. сначала в излучателе полихроматического излучения создают вакуум, затем излучатель заполняют плазмообразующим газом и герметизируют. после этого производят контактный поджиг дуги между электродами излучателя и устанавливают рабочий режим. фокусное пятно этого источника направляют в обрабатываемую локальную зону материала, а луч источника когерентного излучения коллимируют, фокусируют и также подают в зону обработки материала.

достоинствами устройства являются возможность низковольтного поджига и минимальное отклонение лазерного луча от оси полихроматического излучения.

однако устройство имеет такие недостатки, как загрязнение оптики источника полихроматического излучения при контактном

заменяющий лист (правило 26)

поджиге дуги, необходимость откачки паров воды и масел при высоких температурах в печи отжига, а также воздействие лазерного излучения на защитное стекло излучателя совместно с полихроматическим излучением.

в патенте также не раскрыт в должной мере способ термообработки металлов одновременным воздействия когерентным и полихроматическим излучением.

краткое описание изобретения

основной целью настоящего изобретения является создание способа локальной комбинированной термической обработки материалов методом воздействия когерентным и полихроматическим излучением, обеспечивающего получение заданных механических свойств материалов за счет изменения скорости нагрева и охлаждения локальной зоны обработки материалов в реальном масштабе времени по заданному термическому циклу.

целью изобретения также является создание методов изменения скорости нагрева и охлаждения локальной зоны обработки материалов в реальном масштабе времени по заданному термическому циклу.

объектом изобретения также является создание устройства для реализации указанного способа.

среди других целей изобретения - создание наиболее предпочтительных вариантов устройства для реализации указанного способа.

целью изобретения также является создание наиболее эффективных узлов и элементов устройства (вариантов).

заменяющий лист (правило 26)

все эти, а также и другие цели достигаются за счет следующих приемов и технических решений.

целесообразно, что скорости нагрева и охлаждения локальной зоны обработки материалов изменяют путем регулирования интенсивности и/или спектра излучения источника полихроматического излучения.

эффективно, что скорости нагрева и охлаждения локальной зоны обработки материалов изменяют путем выбора взаимного расположения фокусной точки от источника когерентного излучения и фокусного пятна от источника полихроматического излучения.

рационально, что фокусную точку от источника когерентного излучения перемещают по площади фокусного пятна от источника полихроматического излучения, устанавливая ее, в зависимости от технологической задачи, в середине, на переднем или заднем фронте площади этого пятна, либо между фокусными пятнами от двух источников полихроматического излучения.

полезно, что фокусное пятно от источника полихроматического излучения перемещают по зоне обработки материалов, устанавливая его, в зависимости от технологической задачи, перед или после фокусной точкой от источника когерентного излучения,

выгодно, что гибридную сварку можно выполнять как воздействием когерентного излучения и полихроматического излучения сверху зоны сварки (односторонняя сварка), так и воздействием когерентного излучения снизу зоны сварки при воздействии полихроматического излучения сверху этой зоны сварки (двухсторонняя сварка).

заменяющий лист (правило 26)

указанные выше приемы регулирования скорости нагрева и охлаждения локальной зоны обработки материалов обеспечивают программируемый в реальном масштабе времени предварительный или/и последующий нагрев зоны обработки, достижение заданной температуры в точке обработки и заданную скорость охлаждения зоны обработки в зависимости от технологической задачи получения заданных механических свойств материалов.

реализация указанных выше технологических методов достигается тем, что в устройстве, содержащее источник когерентного излучения с системой передачи и фокусирования излучения, источник полихроматического излучения, состоящий из размещенной в герметичном корпусе отражающей оптической системы и установленных внутри неё электродов, причем верхняя точка рабочей поверхности катода расположена в излучающем фокусе оптической системы, верх корпуса закрыт съемной крышкой с иллюминатором, прозрачным для когерентных и полихроматических лучистых потоков, а низ корпуса закрыт криволинейным экраном и защитным стеклом, прозрачными для лучистых потоков, приспособление поджига дуги между анодом и катодом источника полихроматического излучения, блоки питания источников когерентного и полихроматического излучения, системы охлаждения источника полихроматического излучения, продувки и заполнения его плазмообразующим газом, блок управления устройством, а над иллюминатором установлен патрубок с расположенными внутри него последовательно по ходу когерентного излучения коллиматором, призмой и зеркалом, отражающая оптическая система источника

заменяющий лист (правило 26)

полихроматического излучения выполнена в форме двухсекционного усеченного эллипсоида, причем линия разъема секций совпадает с плоскостью, перпендикулярной оси оптической системы, проходящей через ее фокусные точки.

в другом варианте устройства по ходу луча источника когерентного излучения при его подаче в рабочую точку установлены коллиматор, фокусирующий оптический элемент и призма, причем призма установлена на защитном стекле со стороны рабочей зоны с возможностью перемещения в плоскости прохождения когерентного луча.

в ещё одном варианте устройство выполнено таким образом, что фокусирующий оптический элемент установлен между криволинейным экраном и защитным стеклом.

целесообразно, что в патрубке источника полихроматического излучения установлено зеркало с изменяемой кривизной отражающей поверхности, при этом изменение ее кривизны производится с помощью пьезокерамических элементов, подключенных к блоку управления источниками излучения.

рационально, что изменение спектра источника полихроматического излучения осуществляется следующим образом:

-в широком диапазоне - путем замены вида плазмообразующего газа или смеси газов, для чего на корпусе излучателя полихроматического излучения дополнительно установлено устройство для выпуска плазмообразующего газа;

- в узком диапазоне - за счет установки оптического фильтра в узле сведения когерентных и полихроматических лучей или за счёт

заменяющий лист (правило 26)

выбора материала защитного стекла, например из кварца, сапфира и

др-

выгодно, что под крышкой корпуса установлена резьбовая втулка с возможностью перемещения внутри корпуса, над крышкой расположен фиксатор с зубцами по внешнему диаметру, ответные зубцы выполнены в верхней внутренней части корпуса, а защитное стекло установлено с помощью съемной конической насадки.

полезно, что на конусной насадке установлен кольцевой магнит.

эффективно, что устройство содержат блок управления предварительной ионизации плазмообразующего газа.

целесообразно, что вблизи межэлектродного пространства отражающей оптической системы источника полихроматического излучения для дополнительной ионизации межэлектродного промежутка установлен дополнительный электрод, подсоединенный к высоковольтному источнику питания.

краткое описание чертежей.

в дальнейшем описание изобретения поясняется следующими чертежами, на которых приведены:

фиг.l. распределение температуры в зоне обработки в зависимости от взаимного расположения фокусной точки от когерентного источника излучения в площади фокусного пятна от источника полихроматического излучения.

фиг.2. распределение температуры в зоне обработки в зависимости от взаимного расположения фокусного пятна от источника полихроматического излучения и фокусной точки от когерентного источника излучения.

заменяющий лист (правило 26)

фиг.з. устройство для локальной термической обработки полихроматическим и когерентным источниками излучения (вариант

I)-

фиг. 4. вид а устройства, изображенного на фиг.з.

фиг. 5. сечение б-б устройства, изображенного на фиг.з.

фиг. 6. устройство для локальной термической обработки полихроматическим и когерентным источниками излучения (вариант 2).

фиг.7. вид а устройства, изображенного на фиг.6.

фиг.8. сечение б-б устройства, изображенного на фиг.6.

фиг.9. устройство для локальной термической обработки полихроматическим и когерентным источниками излучения (вариант

3).

раскрытие изобретения.

суть патентуемого изобретения гибридной термической обработки материалов методом воздействия на материал в зоне обработки полихроматическим и когерентным излучением заключается в том, что указанное воздействие осуществляют таким образом, чтобы интеграция лучей обоих источников излучения обеспечивала получение заданных свойств обрабатываемых материалов за счет формирование в зоне обработки материала теплового поля по программируемому термическому циклу в реальном масштабе времени,

реализация указанных целей достигается за счет следующих приемов:

заменяющий лист (правило 26)

- скорости нагрева и охлаждения локальной зоны обработки материалов изменяют за счет регулирования интенсивности и/или выбора спектра излучения источника полихроматического излучения;

- скорости нагрева и охлаждения локальной зоны обработки материалов изменяют за счет выбора взаимного расположения фокусной точки от источника когерентного излучения и фокусного пятна от источника полихроматического излучения.

целесообразно, что фокусную точку от источника когерентного излучения перемещают по площади фокусного пятна от источника полихроматического излучения, устанавливая ее, в зависимости от технологической задачи, в середине, на переднем или заднем фронте площади этого пятна, либо между фокусными пятнами от двух источников полихроматического излучения.

эффективно, что фокусное пятно от источника полихроматического излучения перемещают по зоне обработки материала, устанавливая его, в зависимости от технологической задачи, перед или после фокусной точкой от источника когерентного излучения.

полезно, что в качестве источника активирования поверхности обрабатываемого металла, наряду с полихроматическим излучением, возможно применение других электрических источников тепла, преимущественно плазменных и дуговых.

указанные выше методы регулирования скорости нагрева и охлаждения локальной зоны обработки материалов обеспечивают программируемый в реальном масштабе времени предварительный и/или последующий нагрев зоны обработки, достижение заданной

заменяющий лист (правило 26)

температуры в точке обработки и заданную последующую скорость охлаждения зоны обработки в зависимости от технологической задачи получения заданных механических свойств материалов.

взаимное позиционирование фокусной точки от источника когерентного излучения и фокусного пятна от источника полихроматического излучения выполняют, как за счет регулировки элементов оптического тракта источника когерентного излучения, например, за счет поворота фокусирующей линзы, так и за счёт перемещения источника полихроматического излучения.

регулировку интенсивности излучения источника полихроматического излучения осуществляют, преимущественно, изменением силы тока между анодом и катодом этого источника. возможно также изменять эту интенсивность выбором вида и величины давления плазмообразующего газа, или изменением фокусного расстояния.

выбор спектра источника полихроматического излучения с целью повышения эффективности воздействия на материал когерентного излучения осуществляют путем выбора вида плазмообразующего газа (смеси газов), либо с помощью оптических фильтров.

рационально, что сварку гибридную способом можно выполнять как воздействием когерентного излучения и полихроматического излучения сверху зоны сварки (односторонняя сварка), так и воздействием когерентного излучения снизу зоны сварки при воздействии полихроматического излучения сверху этой зоны (двухсторонняя сварка).

заменяющий лист (правило 26)

при совместном воздействии когерентного излучения и сфокусированного полихроматического излучения в зоне обработки материала формируется тепловой поле, пространственное распределение которого определяется суперпозицией потоков излучения (фиг.l и 2), где воздействие от полихроматического излучения обозначено буквой а, а воздействие от когерентного излучения - буквой б.

при установке когерентного луча на переднем фронте фокусного пятна от источника полихроматического излучения (фиг. Ia и 2а) в зоне обработки происходит процесс закалки или сварки металла с последующим отпуском, причём полихроматическая составляющая обеспечивает заданную скорость охлаждения.

при установке когерентного луча на заднем фронте фокусного пятна от источника полихроматического излучения (фиг.l в и 26), полихроматическая составляющая максимально способствует активации поверхности (предварительному подогреву) и увеличению коэффициента поглощения обрабатываемой поверхности когерентной составляющей.

при расположении когерентного луча в середине фокусного пятна от полихроматического источника (фиг.16) или между фокусными пятнами от двух источников полихроматического излучения (фиг.2в), происходит процесс сварки, наплавки или термообработки металла с последующим отпуском, причём полихроматическая составляющая одновременно обеспечивает активацию поверхности и снижение скорости охлаждения в зоне обработки.

заменяющий лист (правило 26)

рассмотрим несколько типовых случаев сварки и термообработки патентуемым изобретением.

1. при сварке встык тонколистовых закаливающихся сталей, например, низколегированных высокопрочных сталей для автомобильных кузовов, необходим отпуск свариваемой точки в реальном масштабе времени, поэтому фокусная точка от источника когерентного излучения устанавливается на переднем фронте теплового поля от источника полихроматического излучения (фиг. Ia и 26). при этом полихроматическая составляющая обеспечивает заданную скорость охлаждения зоны обработки и способствует достижению заданной температуры в точке нагрева.

2. при сварке продольных стыков тонкостенных нанокапиллярных тепловых трубок из медных и алюминиевых сплавов, например, для систем охлаждения компьютеров, учитывая высокую теплопроводность этих сплавов и возможность местных зазоров, фокусная точка от источника когерентного излучения устанавливается на заднем фронте теплового поля от источника полихроматического излучения (фиг.lв и 26). при этом полихроматическая составляющая максимально способствует активации обрабатываемой поверхности, закрытию местных зазоров в стыке и увеличению поглощающей способности когерентной составляющей.

3. повышения износостойкости поверхностей деталей. термообработке настоящим способом могут подвергаться детали из конструкционных сталей с содержанием углерода более 0,3%, серых и высокопрочных чугунов. для поверхностной термообработки

заменяющий лист (правило 26)

решающим обстоятельством является увеличение поглощающей способности обрабатываемой поверхности когерентной составляющей с ростом температуры этой поверхности за счёт её активирования полихроматической составляющей.

в зависимости от выбранной схемы суперпозиций потоков излучения, скорости нагрева и охлаждения рабочей точки будут изменяться, соответственно будет изменяться и структура материала в зоне обработки.

например, при поверхностной локальной термообработке массивных штампов, пресс-форм, рабочих зон реборд железнодорожных колёс и других деталей, когда толщина детали, как правило, в пять и более раз превышает толщину упрочнённой зоны металла, при высоких скоростях теплоотвода необходимо увеличивать коэффициент поглощения когерентного излучения и обеспечивать заданную скорость охлаждения. в этом случае фокусная точка от источника когерентного излучения должна находится в центре теплового пятна от источника полихроматического излучения (фиг.16) или между тепловыми пятнами от двух источников полихроматического излучения (фиг.2б).

при этом, как при сварке тонколистовых закаливающихся сталей, температура предварительного подогрева не должна превышать температуру начала фазовых превращений Ac ₁ .

4. при наплавке металлических композиционных порошков с особыми свойствами (износостойких, коррозионностойких, жаропрочных и т.п.) выбор схемы обработки определяется технологическими требованиями:

заменяющий лист (правило 26)

- разницей коэффициентов термического расширения основного и наплавленного металлов в определённых температурных интервалах при охлаждении;

-способностью к релаксации напряжений основного и наплавленного металлов в определённых температурных интервалах при охлаждении и т.д.

-заданной скоростью нагрева и охлаждения зоны обработки в реальном масштабе времени.

например, при нанесении на быстроизнашиваемые поверхности износостойких порошковых композиционных нержавеющих материалов, для уменьшения влияния разницы коэффициентов термического расширения основного и наплавленного металлов, необходимо производить охлаждение наплавленного слоя в заданном диапазоне температур со скоростью охлаждения меньше критической. в этом случае фокусная точка от источника когерентного излучения должна находится в центре теплового пятна от источника полихроматического излучения (фиг.16) или между тепловыми пятнами от двух источников полихроматического излучения (фиг.2б).

устройство для обработки материалов по первому варианту настоящего изобретения (фиг.з.) состоит из полихроматического излучателя, содержащего отражатель 1, заключенный в корпус 2, с расположенными внутри отражателя анодом 3 и катодом 4. корпус 2 закрывается крышкой 5. устройство содержит источник когерентного излучения 6 с оптическим трактом 7. на крышке 5 установлен патрубок 8, с размещенными в нем коллиматором 9, призмой 10 и зеркалом 11, причем призма и зеркало закреплены с возможностью

заменяющий лист (правило 26)

перемещения. для прохождения когерентного луча в крышке 5 имеется иллюминатор 12. для герметизации полихроматического излучателя имеется фиксатор 13 и резьбовая втулка 14. в нижней части корпуса 2 установлены криволинейный экран 15 и защитное стекло 16, прозрачные для когерентных и полихроматических лучей. устройство содержит также блок питания 17 когерентного источника излучения 6, блок питания 18 источника полихроматического излучения, блок водяного охлаждения 19, высоковольтный источник питания 20 поджига дуги и систему продувки, подачи и выпуска плазмообразующего газа полихроматического излучателя 21, блок управления устройством 22.

устройство для обработки материалов по первому варианту работает следующим образом.

вначале осуществляется заполнение внутренней полости корпуса 2 полихроматического излучателя плазмообразующим газом по следующему циклу: включение охлаждения - продувка излучателя ионизированным газом - поджиг дежурной дуги - прогрев излучателя - набор рабочего давления плазмообразующего газа в излучателе. затем источник полихроматического излучения выводят на рабочий режим, лучистый поток которого от отражателя 1 направляется в зону обработки.

далее возбуждают генерацию источника когерентного излучения 6 и выводят его на рабочий режим. когерентный луч по оптическому тракту 7 через коллиматор 9, оптические элементы 10 и 11 также направляют в зону обработки.

заменяющий лист (правило 26)

таким образом, в локальной зоне обработки материала фокусируются оба луча- полихроматический и когерентный. взаимное позиционирование лучей, интенсивность и спектр полихроматического излучателя регулируются в зависимости от выполняемой технологической задачи по термической обработке материала.

в патентуемом устройстве по второму варианту (фиг.6.) оптический элемент 10, преимущественно призма, установлен на защитном стекле 16 с возможностью перемещения. в остальном, за исключением исключения патрубка 8 и иллюминатора 12, устройство выполнено идентично устройству по варианту 1.

оптический элемент 10 может быть также выполнен в виде деформируемого зеркала с изменяемой формой отражающей поверхности, что обеспечивает изменение фокусного расстояния и угла подачи когерентного луча в зону обработки и, тем самым, взаимное расположение лучей когерентной и полихроматической энергии в зоне обработки.

в устройстве по варианту 2 когерентный луч по оптическому тракту 7 через фокусирующую оптическую систему 9 попадает на оптический элемент 10, с помощью которого осуществляется юстировка подачи когерентного луча в зону обработки. за исключением технических решений для подачи когерентного луча в зону обработки, работа устройств по обоим вариантам осуществляется аналогичным образом.

устройство по третьему варианту (фиг.9) содержит источник когерентного излучения 6, оптический тракт 7, соединяющий

заменяющий лист (правило 26)

источник когерентного излучения с коллимирующей системой 9, источник полихроматического излучения 23, фокусирующую линзу 24, установленную с возможностью перемещения между выпуклым герметизирующим стеклом 15 и защитным стеклом 16, кольцевую насадку 25 с кольцевым магнитом 26. устройство также включает не показанные на чертеже блоки питания источников излучения и поджига дуги полихроматического излучателя, систему охлаждения, подачи плазмообразующего газа и блок управления устройством, которые идентичны применяемым в устройствах по вариантам 1 и 2.

оптический элемент 24, установленный с возможностью перемещения, обеспечивает необходимое взаимное расположение пучков когерентной и полихроматической лучистой энергии в зоне обработки. за исключением технических решений для подачи когерентного луча в зону обработки, работа устройства по настоящему варианту осуществляется аналогичным образом работе устройства по варианту 1.

кольцевой магнит 26 предохраняет защитное стекло от загрязнения и установлен таким образом, чтобы магнитные силовые линии были направлены параллельно плоскости зоны обработки. при таком его расположении разлетающиеся брызги металла при наплавке и сварке притягиваются к насадке магнитным полем кольцевого магнита..

во всех описанных выше устройствах, юстировка и переустановка оптической системы для совмещения когерентного луча с полихроматическим в зоне обработки обеспечивается без разборки и

заменяющий лист (правило 26)

разгерметизации полихроматического излучателя, что в значительной мере упрощает их эксплуатацию.

кроме того, наличие фиксатора и резьбовой втулки во всех вариантах устройства обеспечивает предварительное сжатие уплотнений защитного стекла под выпуклым герметизирующим экраном и не допускает утечки газа в процессе запуска в рабочий объём полихроматического излучателя. уплотнения, находящиеся у крышки корпуса с помощью винтов, ввернутых в крышку, предварительно прижимаются к фиксатору.

наличие резьбовой втулки и фиксатора обеспечивает начальную герметизацию внутренней полости излучателя для последующего заполнения его плазмообразующим газом. при дальнейшем заполнении газом его давление дополнительно изнутри распирает (поддавливает) уплотнения и обеспечивает окончательную герметизацию излучателя. таким образом, в процессе работы при увеличении мощности и, соответственно, давления плазмообразующего газа в излучателе, автоматически обеспечивается повышение силы давления на уплотнения и обеспечивается его «caмoгepмeтизaция» .

применение изобретения.

рассмотрим примеры применения патентуемого изобретения для следующих видов термообработки материалов.

I. сварка встык тонколистовых сталей. а). при сварке встык тонколистовых закаливающихся сталей необходим отпуск зоны сварного соединения в реальном масштабе времени. гибридная сварка с использованием полихроматической и

заменяющий лист (правило 26)

когерентной лучистой энергии в пределах одной зоны нагрева позволяет обеспечить отпуск сварного соединения (включая шов и зону термического влияния) и исключить или уменьшить образование структур, склонных к трещинообразованию. поэтому фокусная точка от источника когерентного излучения устанавливается на переднем фронте фокусного пятна от источника полихроматического излучения (фиг. Ia, фиг.2a и фиг.2б), а в пятне нагрева создают (программируют) необходимую интенсивность полихроматического излучения, уменьшающуюся к периферии этого пятна. при этом в зоне обработки происходит процесс сварки с сопутствующим или последующим отпуском, причём полихроматическая составляющая обеспечивает заданную скорость охлаждения. б). при сварке встык тонколистовых низкоуглеродистых сталей целесообразно осуществить предварительный прогрев свариваемых кромок полихроматическим излучением. температурное расширение кромок закрывает или уменьшает местные зазоры между кромками, что позволяет избежать прожогов при сварке тонколистовых стыков когерентным лучом. при этом полихроматическое излучение концентрируют на начальном участке длиной, по меньшей мере, в 5 раз больше диаметра когерентного пятна нагрева при сварке встык тонколистовых соединений в теплопроводном режиме. поэтому фокусная точка от источника когерентного излучения устанавливается на заднем фронте или после фокусного пятна от источника полихроматического излучения (фиг.lв или 2в). предшествующий сварке встык прогрев кромок материала обеспечивает их активацию,

заменяющий лист (правило 26)

закрывает или уменьшает местные зазоры и увеличивает поглощающую способность когерентной составляющей.

IL сварка встык тонкостенных трубок.

при продольной сварке встык тонкостенных нанокапиллярных тепловых трубок из медных и алюминиевых сплавов, например, для систем охлаждения компьютеров, следует учитывать высокие значения теплопроводности и коэффициента отражения этих сплавов, а также возможность местных зазоров. поэтому фокусная точка от источника когерентного излучения должна находится на заднем фронте фокусного пятна от источника полихроматического излучения (фиг. lв или 2B), что позволит избежать прожогов и максимально увеличить коэффициент поглащения зоной сварки когерентной составляющей.

III. наплавка металлических композиционных порошков.

при наплавке металлических композиционных порошков со специальными свойствами (износостойких, жаропрочных, коррозионностойких, и т.д.) выбор технологии (приемов, режимов, термического цикла) обработки из числа приведенных на фиг.l и 2 определяется следующими технологическими требованиями:

- разницей коэффициентов термического расширения основного и наплавляемого металлов в определённых температурных интервалах при охлаждении;

-способностью к релаксации напряжений основного и наплавляемого металлов в определённых температурных интервалах при охлаждении.

заменяющий лист (правило 26)

- заданной скоростью нагрева и охлаждения зоны обработки в реальном масштабе времени.

возможность программирования термического цикла обработки позволяет обеспечить оптимальный режим наплавки металлических порошков со специальными свойствами с учетом указанных выше требований.

настоящее изобретение может быть применено для наплавки износостойких порошков на рабочие поверхности пресс-форм и деталей буровых установок, на режущие кромки инструментов, жаропрочных порошков на лопатки и другие детали горячего тракта газотурбинных авиационных двигателей, а также для наплавки коррозионностойких покрытий.

IV. изготовление термически гранулированных плавлено- керамических сварочных флюсов.

при изготовлении термически гранулированных плавлено- керамических сварочных флюсов когерентный луч устанавливают на заднем фронте теплового пятна от фокусного поля источника полихроматического излучения (фиг.lв и 2в). такое расположение обеспечивает максимальную активацию обрабатываемой поверхности и увеличение поглощающей способности когерентной составляющей.

шихту в виде минеральной муки перемещают в зоне обработки с такой скоростью, чтобы на поверхности шихты образовывались гранулы сферической формы. температура в рабочей зоне и скорость перемещения шихты устанавливаются на уровне, необходимом для получения гранул заданного размера.

заменяющий лист (правило 26)

указанный способ изготовления флюсов обеспечивает повышение качества плавлено-керамических флюсов, поскольку позволяет применять шихту без связующих на основе воды. поэтому применение этих флюсов при сварке обеспечивает снижению водорода в сварном соединении.

промышленная применимость настоящего изобретения обеспечивается следующими основными преимуществами:

- программируемым в реальном масштабе времени термическим циклом обработки: заданный предварительный и/или последующий нагрев зоны обработки, достижение заданной температуры в точке обработки и заданную скорость охлаждения зоны обработки в зависимости от технологической задачи получения свойств материалов;

- обеспечение заданной скорости нагрева и охлаждения зоны обработки материалов путем регулирования интенсивности излучения источника полихроматического излучения и/или выбора спектра этого излучения;

- обеспечение заданной скорости скорости нагрева и охлаждения зоны обработки материалов за счет выбора взаимного расположения фокусной точки от источника когерентного излучения и фокусного пятна от источника полихроматического излучения;

- возможность создания благоприятных условий для релаксации напряжений локального участка поверхности в реальном масштабе времени;

- снижение удельных энергозатрат на получение одного ватта полезной (эффективной) мощности когерентного излучения;

заменяющий лист (правило 26)

многовариантность исполнения устройства для реализации патентуемого способа, что способствует расширению решаемых технологических задач.

настоящее изобретение может применяться практически во всех отраслях: в автомобильной и авиакосмической, атомной и нефтегазодобывающей, химической и ряде других отраслей.

заменяющий лист (правило 26)