專利名稱：一種利用激光連續(xù)沖擊強化的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及特種加工與制造領(lǐng)域，特指利用高能量、短脈沖激光束為能量的激光連續(xù)沖擊強化金屬材料或工件的一種裝置及方法。
背景技術(shù)：
激光沖擊強化技術(shù)就是利用高功率密度、短脈沖激光輻照金屬材料表面，在其表面(或涂層)形成等離子體高壓沖擊波，使零件材料表層產(chǎn)生塑性形變及幾百MPa的殘余壓應(yīng)力，從而提高金屬的抗疲勞性能，以達(dá)到延長零件疲勞壽命的目的。
激光沖擊強化處理技術(shù)早期的應(yīng)用研究起源于上世紀(jì)60年代對飛機結(jié)構(gòu)可靠性和安全性的重視。飛機的關(guān)鍵部位，例如飛機上典型的應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)——緊固件小孔，在交變載荷的作用下極易產(chǎn)生疲勞裂紋，疲勞源裂紋多從緊固孔邊緣處萌生。因此，在材料選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計制造中，如何盡可能消除關(guān)鍵部位應(yīng)力集中的不利影響，改善飛機結(jié)構(gòu)的抗疲勞性能，延長使用壽命，確保飛機的可靠性和安全性是飛機設(shè)計和材料研究者的重要課題。目前國內(nèi)外廣泛應(yīng)用于飛機結(jié)構(gòu)件的抗疲勞強化技術(shù)有兩種噴丸和冷擠壓。對大面積強化來說它們是有效的，但對于較小尺寸的部位(如φ3.5mm以下)，噴丸和冷擠壓都很難甚至無法進(jìn)行，強化效果也不理想。在此情況下，激光沖擊強化處理技術(shù)以其精確定位的特點成為潛在的替代工藝。
盡管所有從事激光沖擊強化技術(shù)研究的學(xué)者以及航空制造商都認(rèn)識到激光沖擊強化技術(shù)的潛在力量，盡管激光沖擊強化技術(shù)應(yīng)用于強化航空材料的實驗研究已經(jīng)走過了近40年，但目前只有美國勞倫斯里弗莫爾和MIC公司合作，成功將激光沖擊強化技術(shù)應(yīng)用于噴氣發(fā)動機葉片和齒輪的強化處理。其主要原因在于激光沖擊強化過程中必須使用約束介質(zhì)和涂層材料，否則無論激光功率多大、脈沖多短也無法達(dá)到預(yù)期的強化效果。因此可以說進(jìn)行激光沖擊約束層材料選擇的研究是激光沖擊強化技術(shù)能否快速獲得航空工業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵。
隨著激光器生產(chǎn)技術(shù)的高速發(fā)展，利用高能量短脈沖激光器就能產(chǎn)生出很高能量的激光束，功率密度可達(dá)109～1021w/cm2以上。它作用在能量轉(zhuǎn)換體(液體或氣體)上使其氣化爆炸產(chǎn)生的沖擊波峰值壓力可達(dá)幾十～幾百個GPa，而在金屬材料表層則能產(chǎn)生幾百個MPa的殘余壓應(yīng)力。但在激光沖擊強化的工藝過程中，由于約束層和涂層材料是必需具有的工藝物質(zhì)，它們的存在極大地增加了激置，以保證強化效果。但是，外加夾緊裝置的存在大大限制了激光沖擊強化的應(yīng)用范圍及生產(chǎn)效率等。為了使激光沖擊強化得到更廣泛的應(yīng)用，在激光沖擊強化中，使用一種既能起到有效增加激光沖擊波峰值壓力，適合于沖擊各種近似于平面的零件表面，而又無須裝夾的約束層介質(zhì)已經(jīng)成為激光沖擊工業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)難題。
激光沖擊強化技術(shù)雖然在美國航空領(lǐng)域已獲一定的應(yīng)用，但其所使用的約束介質(zhì)為水，沖擊強化時是讓液態(tài)水不斷流過工件表面。這里存在的關(guān)鍵問題是水流經(jīng)過工件或材料表面時易形成若干小渦流或小氣泡，對強激光束易形成光束聚焦效應(yīng)，從而影響激光沖擊效果。
與此同時他們使用的激光沖擊用涂層是預(yù)先涂覆或噴涂在待沖擊區(qū)表面，預(yù)制的涂層難以控制其厚度，涂層烘干還需一定時間，沖擊處理后還需二次清除，激光沖擊總體效率不高。
因此，研究一種將約束介質(zhì)和涂層集合在一起的激光沖擊強化裝置成為激光能否實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用高能量激光束產(chǎn)生等離子爆炸沖擊波連續(xù)強化平面或近似于平面的金屬材料或零件的裝置和方法。
實施本發(fā)明目的的裝置主要包括導(dǎo)光部分、液體約束介質(zhì)傳輸部分、液體介質(zhì)約束層成型部分、沖擊波輸出部分以及保證上述四個部分正常工作的工作管體。
1、導(dǎo)光部分導(dǎo)光部分由激光束、透光鏡和液體約束介質(zhì)組成。由光纖傳輸或從激光器直接發(fā)射的激光束依次通過工作管體的中心空腔，與激光束成90度角的透光鏡和液體約束介質(zhì)，到達(dá)固體涂層薄膜。
2、液體約束介質(zhì)傳輸部分液體約束介質(zhì)傳輸部分由進(jìn)液口、進(jìn)液口調(diào)節(jié)螺母、彈簧、導(dǎo)桿錐形活塞、上導(dǎo)液腔、固體涂層薄膜、滑塊、高強度高彈性橡膠圈、墊塊、透光鏡、下導(dǎo)液腔、排液活塞、彈簧、排液調(diào)節(jié)螺母、排液口組成。
進(jìn)液口開在管體上部，它與由進(jìn)液口調(diào)節(jié)螺母、彈簧、導(dǎo)桿錐形活塞依次相連形成的空間相通。
上導(dǎo)液腔通過可滑動的導(dǎo)桿錐形塊與進(jìn)液口相通。
由固體涂層薄膜、滑塊、高強度高彈性橡膠圈、透光鏡形成的空腔與上導(dǎo)液腔相通?；瑝K、高強度高彈性橡膠圈與透光鏡依次由外圈到內(nèi)圈相連組成一個工作平面。彈簧一端連著中心腔左端，另一端與高強度高彈性橡膠圈左側(cè)相連，在高強度高彈性橡膠圈的右側(cè)內(nèi)圈沿周向均布四個工作墊塊；同時又在高強度高彈性橡膠圈的右側(cè)外圈沿周向均布四個工作墊塊，外圈工作墊塊厚度略大于內(nèi)圈工作墊塊。
且由固體涂層薄膜、滑塊、高強度高彈性橡膠圈、透光鏡形成的空腔與下導(dǎo)液腔相通。
下導(dǎo)液腔左端設(shè)置一排液活塞，它與彈簧、排液調(diào)節(jié)螺母依次相連，它作壓縮運動可使下導(dǎo)液腔與排液口相通。
在排液活塞與彈簧之間設(shè)置了排液口，排液口與外部廢液接受裝置相連。
3、液體介質(zhì)約束層成型部分液體介質(zhì)約束層成型部分由滑塊、高強度高彈性橡膠圈、墊塊、透光鏡、固體涂層薄膜組成。均布在透光鏡外周的四個工作墊塊使透光鏡與固體薄膜之間形成一個扁圓柱空間。約束液體能在該區(qū)域內(nèi)形成液體介質(zhì)約束層。
4、激光沖擊波輸出部分，激光沖擊波輸出部分，由中空螺帽、墊圈、固體涂層薄膜、工作薄膜等組成。中空螺帽采用螺紋與管體相聯(lián)，固體涂層薄膜粘合在工作薄膜中心，工作薄膜緊貼在中空螺帽內(nèi)，與管體裝配時，在其與管體接觸部分之間加入橡膠墊圈。工作薄膜與被沖擊強化處理的金屬材料表面貼合。
外加的有機液體涂層，工作薄膜右側(cè)與工件之間可以加上一層有機液體涂層，這一涂層可以涂抹在工作薄膜上，也可以涂在待沖擊的工件表面，主要還是輔助消除工作薄膜與工件之間的空氣間隙，也可由手工操作。
5、工作管體部分工作管體部分主要是支撐前四個工作系統(tǒng)，同時工作管體部分可以視工作條件采用兩種辦法進(jìn)行工作1)手動操作在實現(xiàn)激光沖擊在線加工時，為了使該裝置可以適用于手工操作，可以在工作管體上加一個手把和接觸式電子開關(guān)，相連兩次激光沖擊強化的時間間隔是由手把上的接觸式電子開關(guān)來實現(xiàn)手動控制的。此時激光束的傳輸應(yīng)采用光纖傳輸，輸入工作管體內(nèi)的激光束必須與工作管體中心線成0°角，以保證最佳強化效果。
2)自動化操作在進(jìn)行大面積連續(xù)強化時，也可將該裝置安置在自動化機床系統(tǒng)上，進(jìn)行機械自動化操作強化處理。當(dāng)采用機床自動化沖擊處理工件時，激光束的輻照頻率可由計算機工作平臺控制，激光束可以是光纖傳輸，也可以從激光器發(fā)射后采用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)光系統(tǒng)在空氣中傳輸，但輸入工作管體內(nèi)的激光束必須與工作管體中心線成0°角，以保證最佳強化效果。
本發(fā)明具有如下幾個方面的優(yōu)勢1、將激光沖擊強化過程中的約束層材料(液體介質(zhì)約束層)、涂層介質(zhì)(固體涂層簿膜)、工作薄膜等使用工藝十分麻煩的工序集合組裝在一起，使其能夠?qū)崿F(xiàn)激光沖擊強化過程的自動化加工和靈活方便的手工加工操作。便于實現(xiàn)激光沖擊強化技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用。
2、激光沖擊約束介質(zhì)成型自動化，尺寸定位精確化，更換自動化。
1)激光沖擊時，約束介質(zhì)是必要條件，由于在本裝置的工作管體中設(shè)置了流動的液體約束介質(zhì)和約束層形成區(qū)(即在透鏡和固體涂層薄膜之間形成的空間區(qū))，使約束介質(zhì)成型實現(xiàn)了自動化，克服了現(xiàn)有約束層介質(zhì)裝置的裝夾困難。
2)在彈簧、工作薄膜和被沖擊金屬材料表面的共同作用下，在透光鏡和固體涂層薄膜之間形成的空間區(qū)的幾何尺寸是相對固定，這樣，就使每一次形成的沖擊用約束介質(zhì)層的幾何尺寸幾乎相同，保證沖擊強化時，約束層的工藝參數(shù)相同，因而該裝置使約束介質(zhì)成型尺寸定位精確化。
3)由于約束介質(zhì)在該裝置中是流動的，激光沖擊每發(fā)生一次，液體就會通過排液口排出一部分液體，同時液體又能通過進(jìn)液口得到及時補充，這樣就使上一次激光沖擊后產(chǎn)生被氣化涂層污染約束介質(zhì)下移，新的液體約束介質(zhì)又一次在透光鏡和固體涂層薄膜之間形成新的液體介質(zhì)約束層，從而使液體介質(zhì)約束層的更換實現(xiàn)自動化。避免了由于沖擊約束層材料的污染，影響下一次沖擊效果。
3、激光沖擊涂層的薄膜化，更換方便1)涂層薄膜化在現(xiàn)有激光沖擊強化工藝中，涂層材料一般是黑漆，由噴涂或手工涂覆到金屬待沖擊區(qū)表面，在將其改為柔性涂層薄膜后，可以節(jié)省了涂層噴涂、涂覆和涂層清理的工序，還解決了涂層噴涂或涂覆厚薄不均的難題。
2)涂層更換方便將涂層薄膜柔性與工作薄膜貼合在一起，涂層薄膜可以長時間的使用，不必像噴涂或涂覆涂層材料那樣，只能一次性使用，且由于兩者都是柔性的可以在一定壓力條件下工作薄膜鼓起與工件形成緊密配合，同時固體涂層薄膜是與工作薄膜連在一起，通過中空螺帽可以方便地對其定期更換。
4.激光沖擊作用金屬材料間接化在現(xiàn)有的激光沖擊強化處理工藝中，由于涂層材料直接涂覆在待強化金屬材料的表面，可能由于涂層噴涂或涂覆的缺陷，而使高能量的激光直接輻射到金屬材料表面而使其產(chǎn)生表層損傷，影響沖擊強化效果。本裝置采用了高透波率的工作薄膜，既可以使激光與涂層相互作用時不直接接觸，同時又使激光與涂層相互作用產(chǎn)生的高壓沖擊波能夠順利通過工作薄膜，有效地作用于待強化金屬表層，使其達(dá)到同樣的沖擊效果。
同時還可以在工作薄膜表面或待沖擊工件表面涂上一層高透波率的有機油，可以消除空氣間隙，保證沖擊強化效果。
5.設(shè)置了液體約束介質(zhì)工作回路。
液體約束介質(zhì)進(jìn)口處設(shè)有一定壓力P(由外部供液裝置提供)，主要是保證工作薄膜能與工件表面形成緊密配合，保證液體約束材料能夠形成一定均勻厚度的約束介質(zhì)層，同時可以保證液體回路在一定工作時間后，對液體約束介質(zhì)進(jìn)行更換，防止因激光與涂層反復(fù)作用后對液體產(chǎn)生的污染，使約束介質(zhì)透光率降低，從而失去液體的約束介質(zhì)作用。
6.設(shè)置了排液口。在減壓部分設(shè)置彈簧、排液活塞的排液裝置，它使激光沖擊時產(chǎn)生強大壓力有了釋放之處，同時也使激光沖擊區(qū)產(chǎn)生的污染液體介質(zhì)能夠順利下移逐步排出，使污染的液體約束介質(zhì)更換成為可能。
7.設(shè)置了管體中心滑動部分。內(nèi)外工作墊塊的設(shè)置，保證液體能夠形成激光沖擊強化工藝所必需的約束介質(zhì)層；滑塊與彈簧的配合使激光沖擊過程中產(chǎn)生的強大沖擊波反沖能量得到有效釋放。


圖1為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意圖1-進(jìn)液口調(diào)節(jié)螺母，2-進(jìn)液口，3-彈簧，4-導(dǎo)桿活塞，5-工作管體，6-工作液體，7-上導(dǎo)液腔，8-彈簧，9-透光鏡，10-滑塊，11-固體涂層薄膜，12-工作薄膜，13-激光束，14-排液調(diào)節(jié)螺母，15-彈簧，16-排液口，17-排液活塞，18-下導(dǎo)液腔，19-高強度高彈性橡膠圈，20-內(nèi)圈工作墊塊，21-外圈工作墊塊，22-中空螺帽，23-墊圈具體實施方式
如圖1所示，裝置具體包括(1)導(dǎo)光部分導(dǎo)光部分由激光束13、透光鏡9和液體約束介質(zhì)6組成。由光纖傳輸或從激光器直接發(fā)射的激光束13依次通過工作管體的中心空腔，與激光束成90度角的透光鏡9和液體約束介質(zhì)6，到達(dá)固體涂層薄膜11。
(2)液體約束介質(zhì)傳輸部分液體約束介質(zhì)傳輸部分由進(jìn)液口2、進(jìn)液口調(diào)節(jié)螺母1、彈簧3、導(dǎo)桿錐形塊4、上導(dǎo)液腔7、固體涂層薄膜11、彈簧8、滑塊10、高強度高彈性橡膠圈19、小墊塊20和21、透光鏡9、下導(dǎo)液腔18、排液活塞17、排液口16、彈簧15、排液調(diào)節(jié)螺母14組成。
進(jìn)液口2開在管體上部，它與由進(jìn)液口調(diào)節(jié)螺母1、彈簧3、導(dǎo)桿錐形活塞4依次相連形成的空間相通。
上導(dǎo)液腔7通過可滑動的導(dǎo)桿錐形活塞4與進(jìn)液口2相通。
由固體涂層薄膜11、彈簧8、滑塊10、高強度高彈性橡膠圈19、透光鏡9形成的空腔與上導(dǎo)液腔7相通。滑塊10、高強度高彈性橡膠圈19與透光鏡9依次由外圈到內(nèi)圈在右端平齊組成一個工作平面。彈簧8一端連著中心腔左端，另一端與高強度高彈性橡膠圈左側(cè)相連，彈簧8的彈性系數(shù)大于彈簧15。在橡膠圈19的右側(cè)內(nèi)圈沿周向均布四個工作墊塊20；同時又在外圈沿周向均布四個工作墊塊21，外圈工作墊塊21厚度大于內(nèi)圈工作墊塊20。
由固體涂層薄膜11、滑塊10、高強度高彈性橡膠圈19、透光鏡9形成的空腔與下導(dǎo)液腔18相通。
下導(dǎo)液腔18左端設(shè)置一排液活塞17，它與彈簧15、排液調(diào)節(jié)螺母14依次相連，活塞作壓縮17運動可使下導(dǎo)液腔18與排液口16相通。
在排液活塞17與彈簧15之間設(shè)置了排液口16，排液口16與外部廢液接受裝置相連。
(3)液體介質(zhì)約束層成型部分液體介質(zhì)約束層成型部分由滑塊10、高強度高彈性橡膠圈19、墊塊20、透光鏡9、固體涂層薄膜11組成。均布在橡膠圈19內(nèi)圈的四個工作墊塊20使透光鏡9與固體涂層薄膜11之間形成一個扁圓柱空間。約束液體能在該區(qū)域內(nèi)形成液體介質(zhì)約束層。
(4)激光沖擊波輸出部分激光沖擊波輸出部分，由中空螺帽22、墊圈23、固體涂層薄膜11、工作薄膜12等組成。中空螺帽22采用螺紋與管體5相聯(lián)，固體涂層薄膜11粘合在工作薄膜12中心，工作薄膜12緊貼在中空螺帽22內(nèi)，與管體5裝配時，在其與管體接觸部分之間加入橡膠墊圈23。工作薄膜外側(cè)與被沖擊強化處理的金屬材料表面貼合。
外加的有機液體涂層，工作薄膜12右側(cè)與工件之間可以加上一層有機液體涂層，這一涂層可以涂抹在工作薄膜上，也可以涂在待沖擊的工件表面，主要還是輔助消除工作薄膜與工件之間的空氣間隙，也可由手工操作。
(5)工作管體部分工作管體5部分主要是支撐前四個工作系統(tǒng)，同時工作管體部分可以視工作條件采用兩種辦法進(jìn)行工作手動操作在實現(xiàn)激光沖擊在線加工時，為了使該裝置可以適用于手工操作，可以在工作管體5上加一個手把和接觸式電子開關(guān)，相連兩次激光沖擊強化的時間間隔是由手把上的接觸式電子開關(guān)來實現(xiàn)手動控制的。此時激光束的傳輸應(yīng)采用光纖傳輸，輸入工作管體內(nèi)的激光束必須與工作管體中心線成0°角，以保證最佳強化效果。
自動化操作在進(jìn)行大面積連續(xù)強化時，也可將該管體5安置在自動化機床系統(tǒng)上，進(jìn)行機械自動化操作強化處理。當(dāng)采用機床自動化沖擊處理工件時，激光束的輻照頻率可由計算機工作平臺控制，激光束可以是光纖傳輸，也可以從激光器發(fā)射后采用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)光系統(tǒng)在空氣中傳輸，但輸入工作管體內(nèi)的激光束必須與工作管體中心線成0°角，以保證最佳強化效果。
圖1所示裝置工作方式如下其中約束介質(zhì)液體6在一定壓力P的作用下通過進(jìn)液口2，推開活塞4，輸入上導(dǎo)液腔7內(nèi)，充滿整個液體回路。整個裝置在手工操作或自動化操作下使工作薄膜12與待沖擊工件材料接觸，在液體壓力、彈簧8、滑塊10、工作墊塊20和21的共同作用下，工作薄膜12(微量外鼓或內(nèi)凹)與工件形成緊密貼合。在彈簧8、滑塊10和工作薄膜12的共同作用下，在透鏡9與固體涂層薄膜11間形成較均勻的液體介質(zhì)約束層。當(dāng)激光器發(fā)出的光束13通過透鏡9、液體約束介質(zhì)6與固體涂層薄膜11作用，固體涂層薄膜11氣化產(chǎn)生等離子體，等離子體繼續(xù)吸收激光能量產(chǎn)生瞬間爆炸沖擊波，爆炸沖擊波向前傳播依次透過固體涂層薄膜11和工作薄膜12，作用于金屬工件材料表面，使金屬材料產(chǎn)生彈塑性形變，引起金屬工件材料晶粒細(xì)化或發(fā)生相變，并在其表層形成幾百個MPa的殘余壓應(yīng)力，從而提高金屬材料的強度和抗疲勞壽命。與此同時反向爆炸沖擊波同時作用于透光鏡9、滑塊10和高強度高彈性橡膠圈19組成的平面，同時也通過液體沿上下導(dǎo)液腔7、18分別作用于導(dǎo)桿活塞4、排液活塞17。從而發(fā)生三個運動一是滑塊10沿激光束反方向壓縮彈簧8運動，釋放一部分等離子沖擊波壓力；二是液體推動排液活塞17壓縮彈簧15反向運動，使部分液體溢出排液口16；三是滑塊4反向運動封住進(jìn)液口，使受涂層氣化污染的液體不能倒流，受污染的液體將隨著新的液體的注入下移，或在下一輪沖擊波的作用下排出管外。當(dāng)這一過程完成后，液體約束介質(zhì)在壓力P的作用下通過進(jìn)液口2推開導(dǎo)桿錐形活塞4繼續(xù)向管腔內(nèi)充填液體約束介質(zhì)，滑塊10和排液活塞17分別在彈簧8和15的作用下恢復(fù)到位，使透光鏡9與固體涂層薄膜11間繼續(xù)形成新的約束介質(zhì)層，預(yù)備下一次沖擊強化使用，如此可以形成激光沖擊工藝的連續(xù)化。
權(quán)利要求
1.一種利用激光連續(xù)沖擊強化的裝置，其特征是導(dǎo)光部分、液體約束介質(zhì)傳輸部分、液體介質(zhì)約束層成型部分、沖擊波輸出部分以及保證上述四個部分正常工作的工作管體；其中包括(1)導(dǎo)光部分由激光束(13)、透光鏡(9)和液體約束介質(zhì)(6)組成，激光束(13)依次通過工作管體的中心空腔，與激光束成90度角的透光鏡(9)和液體約束介質(zhì)(6)，到達(dá)固體涂層薄膜(11)；(2)液體約束介質(zhì)傳輸部分由進(jìn)液口(2)、進(jìn)液口調(diào)節(jié)螺母(1)、彈簧(3)、導(dǎo)桿錐形塊(4)、上導(dǎo)液腔(7)、固體涂層薄膜(11)、彈簧(8)、滑塊(10)、高強度高彈性橡膠圈(19)、小墊塊(20、21)、透光鏡(9)、下導(dǎo)液腔(18)、排液活塞(17)、排液口(16)、彈簧(15)、排液調(diào)節(jié)螺母(14)組成，進(jìn)液口(2)開在管體上部，其與由進(jìn)液口調(diào)節(jié)螺母(1)、彈簧(3)、導(dǎo)桿錐形活塞(4)依次相連形成的空間相通；上導(dǎo)液腔(7)通過可滑動的導(dǎo)桿錐形活塞(4)與進(jìn)液口(2)相通；由固體涂層薄膜(11)、彈簧(8)、滑塊(10)、高強度高彈性橡膠圈(19)、透光鏡(9)形成的空腔與上導(dǎo)液腔(7)相通；滑塊(10)、高強度高彈性橡膠圈(19)與透光鏡(9)依次由外圈到內(nèi)圈在右端平齊組成一個工作平面；彈簧(8)一端連著中心腔左端，另一端與高強度高彈性橡膠圈左側(cè)相連，彈簧(8)的彈性系數(shù)大于彈簧(15)的彈性系數(shù)；在橡膠圈(19)的右側(cè)內(nèi)圈沿周向均布四個工作墊塊(20)；同時又在外圈沿周向均布四個工作墊塊(21)，外圈工作墊塊(21)厚度大于內(nèi)圈工作墊塊(20)；由固體涂層薄膜(11)、滑塊(10)、高強度高彈性橡膠圈(19)、透光鏡(9)形成的空腔與下導(dǎo)液腔(18)相通；下導(dǎo)液腔(18)左端設(shè)置一排液活塞(17)，其與彈簧(15)、排液調(diào)節(jié)螺母(14)依次相連，經(jīng)活塞(17)的壓縮運動下導(dǎo)液腔(18)與排液口(16)相通；在排液活塞(17)與彈簧(15)之間設(shè)置了排液口(16)，排液口(16)與外部廢液接受裝置相連；(3)液體介質(zhì)約束層成型部分由滑塊(10)、高強度高彈性橡膠圈(19)、墊塊(20)、透光鏡(9)、固體涂層薄膜(11)組成，均布在橡膠圈(19)內(nèi)圈的四個工作墊塊(20)使透光鏡(9)與固體涂層薄膜(11)之間形成一個扁圓柱液體介質(zhì)約束層；(4)激光沖擊波輸出部分由中空螺帽(22)、墊圈(23)、固體涂層薄膜(11)、工作薄膜(12)組成，中空螺帽(22)采用螺紋與管體(5)相聯(lián)，固體涂層薄膜(11)粘合在工作薄膜(12)中心，工作薄膜(12)緊貼在中空螺帽(22)內(nèi)，與管體(5)裝配時，在其與管體接觸部分之間加入橡膠墊圈(23)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用激光連續(xù)沖擊強化的裝置，其特征在于工作薄膜(12)右側(cè)與工件之間設(shè)有一層有機液體涂層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用激光連續(xù)沖擊強化的裝置的方法，其特征是約束介質(zhì)液體(6)在壓力P的作用下通過進(jìn)液口(2)，推開活塞(4)，輸入上導(dǎo)液腔(7)內(nèi)，充滿整個液體回路；整個裝置在手工操作或自動化操作下使工作薄膜(12)與待沖擊工件材料接觸，當(dāng)激光器發(fā)出的光束(13)通過透鏡(9)、液體約束介質(zhì)(6)與固體涂層薄膜(11)作用，固體涂層薄膜(11)氣化產(chǎn)生等離子體，進(jìn)而產(chǎn)生瞬間爆炸沖擊波依次透過固體涂層薄膜(11)和工作薄膜(12)，而反向爆炸沖擊波同時作用于透光鏡(9)、滑塊(10)和高強度高彈性橡膠圈(19)組成的平面，同時也通過液體沿上下導(dǎo)液腔(7、18)分別作用于導(dǎo)桿活塞(4)、排液活塞(17)；然后液體約束介質(zhì)在壓力P的作用下通過進(jìn)液口(2)推開導(dǎo)桿錐形活塞4繼續(xù)向管腔內(nèi)充填液體約束介質(zhì)，滑塊(10)和排液活塞(17)分別在彈簧(8、15)的作用下恢復(fù)到位，使透光鏡(9)與固體涂層薄膜(11)間繼續(xù)形成新的約束介質(zhì)層，進(jìn)行下一次沖擊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用激光連續(xù)沖擊強化的方法，其特征在于在工作管體(5)上設(shè)置一個手把和接觸式電子開關(guān)，相連兩次激光沖擊強化的時間間隔是由手把上的接觸式電子開關(guān)來實現(xiàn)手動控制的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用激光連續(xù)沖擊強化的方法，其特征在于采用自動化操作時，將工作管體(5)安置在自動化機床系統(tǒng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用激光連續(xù)沖擊強化的方法，激光束為光纖傳輸，或從激光器發(fā)射后采用導(dǎo)光系統(tǒng)在空氣中傳輸，且輸入工作管體內(nèi)的激光束與工作管體中心線成0°角。
全文摘要
本發(fā)明涉及特種加工與制造領(lǐng)域，特指利用高能量、短脈沖激光束為能量的激光連續(xù)沖擊強化金屬材料或工件的一種裝置及方法。該裝置設(shè)置滑塊、柔性工作薄膜、墊塊、排液活塞等部件，形成流動的液體約束介質(zhì)層，通過排液口排出一部分液體，同時經(jīng)進(jìn)液口補充新液體，實現(xiàn)自動更換液體介質(zhì)約束層。本發(fā)明其將激光沖擊強化技術(shù)工藝中必須的工作物質(zhì)約束介質(zhì)和涂層通過適當(dāng)系統(tǒng)設(shè)計巧妙地集合在一起，使激光沖擊強化技術(shù)可以實現(xiàn)連續(xù)沖擊強化處理，節(jié)省了約束層裝夾、涂層涂覆工序，可以實現(xiàn)自動化連續(xù)沖擊強化處理，也可以實施在線裝配或修復(fù)沖擊強化處理。
文檔編號C21D1/09GK1928127SQ200610041568
公開日2007年3月14日 申請日期2006年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月15日
發(fā)明者陳瑞芳, 花銀群 申請人:江蘇大學(xué)