устройство для лазерной обработки материалов

Формула изобретения

1. Устройство для лазерной обработки материалов, содержащее источник лазерного излучения с фокусирующей оптической системой и источник предварительного подогрева поверхности обрабатываемого материала, включающий эллипсоидный отражатель, в излучающем фокусе которого установлены электроды, имеющий кольцевую вставку с входным отверстием для прохождения лазерного луча, отличающееся тем, что оно снабжено световодом, фокусирующая оптическая система установлена в кольцевой вставке, с возможностью совмещения оптической оси световода с оптической осью фокусирующей оптической системы, проходящей между электродами, при этом один конец световода соединен с источником лазерного излучения, а другой - с фокусирующей оптической системой.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что кольцевая вставка выполнена с эллипсоидной отражающей поверхностью.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что кольцевая вставка выполнена с параболоидной отражающей поверхностью.

4. Устройство для лазерной обработки материалов, содержащее источник лазерного излучения с фокусирующей оптической системой и источник предварительного подогрева поверхности обрабатываемого материала, включающий эллипсоидный отражатель, в излучающем фокусе которого установлены электроды, отличающееся тем, что оно снабжено световодом, фокусирующая оптическая система установлена у торца отражателя за апертурным углом, при этом один конец световода соединен с источником лазерного излучения, а другой - с фокусирующей оптической системой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области светолазерной обработки, в частности к устройству для сварки, пайки и резки световыми и лазерными лучами. Данное изобретение может быть использовано для сварки металлов и других видов термической обработки.

Известно устройство для лазерной сварки материалов, включающее источник лазерного излучения и источник предварительного подогрева [1].

Такое устройство позволяет вести предварительный нагрев, при этом уменьшается неравномерность нагрева по поверхности и объему нагреваемого тела, достигаются более высокие температуры нагрева тел.

Недостатком известного устройства является невозможность формирования пятна весьма малых размеров с высокой плотностью энергии излучения.

Известно устройство для светолазерной обработки, в частности для сварки металлов и сплавов. Оно содержит источник лазерного излучения и источник предварительного подогрева обрабатываемого материала, состоящий из эллипсоидного отражателя, в зоне излучающего фокуса которого установлены электроды [2].

Известное устройство позволяет формировать пятно нагрева малых размеров с высокой плотностью энергии излучения.

Однако недостатком известного устройства является то, что требуется очень точное перемещение двух источников излучения без нарушения взаиморасположения их оптических осей. В результате это устройство используется лишь в стационарных условиях и требует перемещения обрабатываемого материала, что совершенно невозможно при обработке крупногабаритных изделий.

Задача изобретения - уменьшение габаритов устройства и обеспечение его перемещения относительно обрабатываемого материала без нарушения взаиморасположения оптических осей источников излучения.

Поставленная задача решается тем, что устройство, содержащее источник лазерного излучения и источник предварительного подогрева обрабатываемого материала, состоящий из эллипсоидного отражателя, в зоне излучающего фокуса которого установлены электроды и фокусирующей оптической системы, снабжено световодом, один конец световода соединен с источником лазерного излучения, а другой - с фокусирующей оптической системой. Отражатель может быть выполнен со вставкой, имеющей входное отверстие для прохождения лазерного луча, фокусирующая оптическая система расположена в отверстии кольцевой вставки с возможностью совмещения оптической оси световода с оптической осью фокусирующей оптической системы, которая проходит между электродами. Кольцевая вставка может быть выполнена с эллипсоидной или параболоидной отражающей поверхностью.

Фокусирующая оптическая система может быть расположена у торца отражателя за апертурным углом.

Снабжение устройства для лазерной обработки материалов световодом позволяет уменьшить его габариты и тем самым обеспечить перемещение конструкции относительно стационарно расположенного обрабатываемого материала без нарушения взаиморасположения оптических осей излучающих источников.

Наличие фокусирующей оптической системы дает возможность наиболее точно совмещать в рабочем фокусе световой и лазерный пучки и тем самым повысить коэффициент полезного действия устройства.

Устройство для лазерной обработки материалов поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображено устройство с размещением фокусирующей системы напротив излучающего фокуса, на фиг. 2 изображено устройство с размещением фокусирующей системы у торца отражателя за апертурным углом.

Устройство для лазерной обработки материалов содержит эллипсоидный отражатель 1, внутрь которого в зоне излучающего фокуса расположены электроды 2 и 3. Источник лазерного излучения 4 расположен вне отражателя 1. Устройство содержит также световод 5 и фокусирующую систему 6. Один конец световода 5 соединен с источником лазерного излучения 4, а другой - с фокусирующей системой 6.

Для размещения фокусирующей системы 6 в корпусе 7 и отражателе 1 выполняется отверстие и в нем устанавливается кольцевая вставка 8, внутри которой помещается фокусирующая система 6. Она может быть размещена и у торца отражателя 1 за его апертурным углом. Оптическая ось световода 5 устанавливается с возможностью совмещения с оптической осью фокусирующей системы 6. Кольцевая вставка 8 может быть выполнена с эллипсоидной или параболоидной отражающей поверхностью.

Устройство для лазерной обработки материалов работает следующим образом.

Обрабатываемое изделие устанавливают в рабочем фокусе отражателя 1, включают источник питания, возбуждают дугу между электродами 2 и 3, возбуждают генерацию лазера 4 и выводят их на рабочий режим. Излучение лазера 4 проходит через световод 5, фокусирующую систему 6, расположенную в отверстии кольцевой вставки 8, пересекает оптическую ось отражателя 1 и, отражаясь от стенок отражателя 1, фокусируется в рабочем фокусе отражателя 1. В этой точке суммируются отраженные лучи двух источников излучения и формируют на обрабатываемом изделии пятно нагрева высокой плотности. Если фокусирующая оптическая система расположена у торца отражателя за его апертурным углом, то лазерный луч сразу попадает в рабочий фокус отражателя 1. Световод 5 позволяет в процессе обработки материала перемещать устройство относительно его, обеспечивая движение пятна нагрева в любую необходимую точку по любой пространственной траектории.

Описываемое устройство позволяет суммировать отраженные лучи двух источников излучения и формировать на обрабатываемом материале пятно нагрева высокой плотности. При объединении световых и лазерных лучей в одном рабочем фокусе обеспечивает вначале предварительный прогрев обрабатываемого материала световым лучом и затем лазерный луч позволяет произвести концентрированный скоростной нагрев и глубину проплавления.

Устройство имеет уменьшенные габариты и может перемещаться в любом пространственном положении относительно обрабатываемого материала без нарушения взаиморасположения оптических осей двух источников излучения лазерного и светолучевого.