Установка дистанционной лазерной сварки
Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована при изготовлении тонкостенных малогабаритных конструкций, в том числе, имеющих в своем составе радиоактивное вещество, в частности, тепловыделяющих элементов ядерных реакторов, источников ионизирующих излучений, облучательных устройств.
Технический результат полезной модели - обеспечение возможности лазерной сварки тонкостенных малогабаритных конструкций в дистанционных условиях радиационо-защитных камер и боксов и, соответственно, расширение технологических возможностей изготовления изделий радиоизотопного и общепромышленного назначения.
Установка дистанционной лазерной сварки содержит лазерный излучатель, систему фокусировки лазерного излучения, систему позиционирования изделия, дополнительно содержит систему ввода лазерного излучения, соединенную световодом с системой фокусировки лазерного излучения, и блок программного управления, связанный с лазерным излучателем, системой позиционирования изделия и системой фокусировки лазерного излучения.
Световод выполнен из кварцевого моноволокна, система фокусировки дополнительно снабжена видеокамерой. Система позиционирования изделия выполнена в виде устройства с трехкоординатным перемещением и вращением.
3 з.п. ф-лы, 1 илл.
Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована при изготовлении тонкостенных малогабаритных конструкций, в том числе, имеющих в своем составе радиоактивное вещество, в частности, тепловыделяющих элементов ядерных реакторов, источников ионизирующих излучений, облучательных устройств.
В различных отраслях машиностроения при герметизации тонкостенных малогабаритных конструкций активно используются установки для лучевых методов сварки (электронно-лучевая сварка, лазерная, сварка световым лучом). Такие установки являются достаточно универсальными и позволяют проводить сварку изделий различной конфигурации. Конструкции и эксплуатационные данные этих установок зависят от типа применяемой сварочной аппаратуры и вида изготавливаемых сварных конструкций.
Установки для лазерной импульсной сварки активно применяются в электронной технике и микроэлектронике. С их помощью сваривают диоды, транзисторы, полупроводниковые микросхемы и многие другие тонкостенные малогабаритные изделия (Б.Н.Бадьяров, В.А.Давыдов. Сварочные процессы в электронной технике: Учебное пособие. - М.: Высшая школа», 1988, с.84-86). Одна из разновидностей установки сварки взята за прототип. Промышленная установка КВАНТ-15 состоит из блока питания, стола с лазерным излучателем и системой фокусировки лазерного излучения, и системы позиционирования изделия.
Недостатком установки сварки являются значительные габаритные размеры и, как следствие, невозможность ее применения в дистанционных условиях радиационно-защитных камер и боксов для выполнения сварки изделий, содержащих радиоактивные элементы. Кроме того, она не может быть управляема в этих условиях.
Технический результат полезной модели - обеспечение возможности лазерной сварки тонкостенных малогабаритных конструкций в дистанционных условиях радиационо-защитных камер и боксов и, соответственно, расширение технологических возможностей изготовления изделий радиоизотопного и общепромышленного назначения.
Предлагаемая установка дистанционной лазерной сварки содержит лазерный излучатель, систему фокусировки лазерного излучения, систему позиционирования изделия, дополнительно содержит систему ввода лазерного излучения, соединенную световодом с системой фокусировки лазерного излучения, и блок программного управления, связанный с лазерным излучателем, системой позиционирования изделия и системой фокусировки лазерного излучения.
Световод выполнен из кварцевого моноволокна.
Система фокусировки дополнительно снабжена видеокамерой для обеспечения контроля процесса сварки.
Система позиционирования изделия выполнена в виде устройства с трехкоординатным перемещением и вращением.
Система ввода лазерного излучения - это самостоятельная оптическая система, предназначенная для ориентировки лазерного луча на торец световода. Для передачи лазерного излучения к системе фокусировки, расположенной в защитной камере, использован световод СКП-600, представляющий собой кварцевое моноволокно, покрытое полимерными оболочками. Система фокусировки лазерного излучения относительно свариваемого изделия располагается на выходе световода.
Наличие видеокамеры в системе фокусировки обеспечивает совмещение фокальной плоскости со свариваемым изделием, настройку свариваемого стыка относительно лазерного луча, изменение диаметра лазерного луча и визуальный контроль качества сварного шва. Сигнал с видеокамеры выводится на видеомонитор.
Блок программного управления обеспечивает управление процессом сварки с помощью программы, задаваемой компьютером или программируемым дистанционным пультом.
Все операции по сварке и перемещению изделия могут выполняться в автоматическом режиме.
Новыми существенными признаками установки дистанционной лазерной сварки являются:
- наличие дополнительной системы ввода лазерного излучения, блока программного управления, связанного с лазерным излучателем, системой позиционирования изделия и системой фокусировки лазерного излучения;
- система передачи лазерного излучения с помощью световода, выполненного из кварцевого моноволокна;
- наличие системы фокусировки, снабженной видеокамерой;
- выполнение системы позиционирования изделия в виде устройства с трехкоординатным перемещением и вращением.
На рисунке представлена схема установки дистанционной лазерной сварки, где: 1 - лазерный излучатель; 2 - система ввода лазерного излучения; 3 - световод; 4 - система фокусировки лазерного излучения; 5 - видеокамера; 6 - система позиционирования изделия; 7 - блок программного управления; 8 - защитная камера.
Установка дистанционной лазерной сварки работает следующим образом. Луч от лазерного излучателя (1) системой ввода лазерного излучения (2) передается по световоду (3) на систему фокусировки лазерного излучения (4), расположенную в защитной камере (8), и направляется на свариваемое изделие. Система позиционирования изделия (6) обеспечивает закрепление и перемещение свариваемого изделия. С помощью видеокамеры (5) осуществляется совмещение фокальной плоскости со свариваемым изделием, настройка свариваемого стыка относительно лазерного луча, изменение диаметра лазерного луча и визуальный контроль качества сварного шва. Управление процессом сварки обеспечивает блок программного управления (7).
Заявляемая установка позволяет производить лазерную импульсную сварку изделий с радионуклидами активностью до 108 Бк, что определяется свойствами защитной камеры. На данной установке можно выполнять лазерную сварку различных конструкций сварных соединений изделий с толщиной свариваемых кромок до 1 мм.
В отличие от прототипа предлагаемая установка позволяет проводить импульсную лазерную сварку в дистанционных условиях защитных камер.
Установка выполнена с учетом минимизации геометрических размеров систем и узлов для эффективного использования занимаемого пространства радиационно-защитной камеры. Конструкция установки блочная, что позволяет упростить замену и установку функциональных систем и узлов. Оптические элементы выполнены из радиационно-стойких материалов.
На установке изготовлены три экспериментальных источника на основе 244 Cm активностью до 1×108 Бк. Отличительной особенностью конструкции источника диаметром 9 мм и высотой 2,5 мм является наличие мембраны толщиной 3 мкм и крышки толщиной 30 мкм, сварка которых к корпусу осуществлялась в условиях инертной среды или вакуума, в зависимости от технических требований. Для выполнения этих условий были отработана технология сборки изделия под сварку, определены и оптимизированы режимы сварки, создано вспомогательное оборудование, обеспечивающее сварку в вакууме. С помощью металлографических исследований и контроля герметичности вакуумно-жидкостным методом проведено обоснование качества сварных соединений.
Предлагаемая установка дистанционной лазерной сварки не требует специальных материалов, может быть изготовлена с помощью известных технических средств и обеспечивает технический результат. Следовательно, установка обладает промышленной применимостью.
1. Установка дистанционной лазерной сварки, содержащая лазерный излучатель, систему фокусировки лазерного излучения, систему позиционирования изделия, отличающаяся тем, что дополнительно содержит систему ввода лазерного излучения, соединенную световодом с системой фокусировки лазерного излучения, и блок программного управления, связанный с лазерным излучателем, системой позиционирования изделия и системой фокусировки лазерного излучения.
2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что световод выполнен из кварцевого моноволокна.
3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что система фокусировки снабжена видеокамерой для контроля процесса сварки.
4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что система позиционирования изделия выполнена в виде устройства с трехкоординатным перемещением и вращением.
