Плазмотрон для лазерно-плазменного нанесения покрытий
Полезная модель относится к устройствам для нанесения покрытия на металлические и неметаллические поверхности. Задачей полезной модели является увеличение ресурса работы плазмотрона. Это достигается тем, что в плазмотроне для лазерно-плазменного нанесения покрытий, состоящего из корпуса 1, катода 2, анодного блока 3, сопла 6, оптических элементов 14, 23 ввода лазерного излучения, систем подвода плазмообразующего газа и порошка напыляемого материала 5, 7, оптические элементы 14, 23 для фокусировки и ввода лазерного излучения в плазменный поток располагают на внешней части корпуса 1, таким образом, чтобы оптическая ось лазерного излучения и ось плазменного потока пересекались на выходе потока из сопла 6.
Полезная модель относится к устройствам для нанесения покрытия на металлические и неметаллические поверхности, и может быть использовано в машиностроении для получения деталей с повышенными эксплуатационными характеристиками.
Известно устройство для нанесения покрытий на металлические или металлосодержащие поверхности (Патент РФ N2171314, МПК 7 С23С 4/12, Н05Н 1/42, 2001), в котором нагрев порошковой массы лазерным излучением производится в плоскости касания ее с подложкой. Недостатком устройства является необходимость использования в качестве источника дополнительного нагрева, источник мощного лазерного излучения, так как существенный нагрев подложки возможен только в том случае, если уровень удельного объемного энерговклада лазерного излучения сопоставим с параметрами плазменного потока, что обусловлено низким коэффициентом поглощения лазерного излучения.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели, является устройство для лазерно-плазменного нанесения покрытий (Григорьянц А.Г, Шиганов И.Н., Мисюров А.И. Технологические процессы лазерной обработки: Учеб. Пособие для вузов / Под ред. А.Г.Григорьянца. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2006. - 664 с.). Плазматрон содержит корпус, с расположенным внутри него катодом, водоохлаждаемым анодом и объективом, фокусирующим лазерное излучение, соосно вводимое в плазменный поток до его выхода из сопла, закрепленного на торце корпуса. На корпусе плазмотрона расположены штуцеры для подвода плазмообразующего газа и порошка напыляемого материала. В известном плазмотроне лазерный луч вводится в зону сопла соосно с плазменным потоком. В результате в узком канале сопла происходит дополнительный нагрев напыляемого материала за счет поглощения плазменным потоком энергии лазерного излучения, что вызывает увеличение вероятности забивания сопла перегретыми частицами порошка и, как следствие, снижает ресурс работы плазмотрона.
Задачей полезной модели является устранение указанного недостатка.
Это достигается тем, что в плазмотроне для лазерно-плазменного нанесения покрытий, состоящего из корпуса, катода, анодного блока, сопла, оптических элементов для фокусировки и ввода лазерного излучения, систем подвода плазмообразующего газа и порошка напыляемого материала, оптические элементы для фокусировки и ввода лазерного излучения в плазменный поток расположены на внешней части корпуса, с возможностью пересечения оптической оси лазерного излучения и оси плазменного потока на выходе его из сопла.
Расположение оптических элементов для ввода и фокусировки лазерного излучения на внешней части корпуса, таким образом, чтобы оптическая ось лазерного излучения и ось плазменного потока пересекались на выходе плазменного потока из сопла, обеспечивает поглощение плазменным потоком энергии лазерного излучения и происходящий за счет этого дополнительный нагрев частиц напыляемого материала вне корпуса плазмотрона. Отсутствие перегрева плазменного потока внутри канала сопла обеспечивает повышение ресурса работы плазмотрона на 50-60% по сравнению с прототипом.
На фиг. представлено продольное сечение плазматрона.
Плазмотрон содержит корпус 1, установленный в нем катод 2, анодный блок 3, диэлектрическую втулку 4. В верхней части корпуса расположен распределитель 5 для подвода плазмообразующего газа, а в нижней части корпуса прикреплено сопло 6, с отверстием для выхода плазменного потока и штуцером 7 для подвода порошка напыляемого материала. К наружной цилиндрической части корпуса плазмотрона прикреплено основание 8, на котором с помощью пружин 9 установлен корпус 10 с прикрепленным к нему винтами 11 и прижимом 12. Между корпусом 10 и прижимом 11 установлены прокладки 13 и поворотное зеркало 14, требуемое положение которого обеспечивается юстировочными винтами 15 расположенными в резьбовых отверстиях основания 8. К основанию 8 прикреплен переходник 16 с установленным в нем собирающим объективом 17, для предохранения которого от воздействия плазменного потока через прокладки 18 установлено защитное стекло 19, которое зафиксировано втулкой 20 навернутой на переходник 16. На втулку 20 установлен корпус 21, в котором при помощи прокладок 22 и фиксатора 23 установлен собирающий объектив 17.
Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом. Поток плазмообразующего газа через распределитель 5, кольцевую полость и отверстия диэлектрической втулки 4 подается в разрядную камеру, образованную катодом 1 и анодным блоком 2. После подачи напряжения на электроды между ними возникает электрический разряд. В зону плазменного потока через штуцер 7 подается напыляемый порошкообразный материал, который разогревается, ускоряется и направляется плазменным потоком через отверстие сопла на напыляемую поверхность. В этот момент времени импульс модулированного лазерного излучения через оптический тракт, образованный поворотным зеркалом 14 и собирающим объективом 17, подается в зону выхода плазменного потока из сопла 6 плазмотрона. Фокусировка лазерного излучения осуществляется перемещением корпуса 21 по наружной резьбовой поверхности втулки 20, таким образом, чтобы фокальная плоскость располагалась на удаленной относительно собирающего объектива 17 поверхности плазменного потока.
Плазмотрон для лазерно-плазменного нанесения покрытий, состоящий из корпуса, катода, анодного блока, сопла, оптических элементов для фокусировки и ввода лазерного излучения в плазменный поток, систем подвода порошка напыляемого материала и плазмообразующего газа, отличающийся тем, что оптические элементы для фокусировки и ввода лазерного излучения в плазменный поток установлены на внешней стороне корпуса, с возможностью пересечения оптической оси лазерного излучения и оси плазменного потока на выходе его из сопла.
