光水同軸的激光沖擊強(qiáng)化噴頭的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光水同軸的激光沖擊強(qiáng)化噴頭，包括水噴頭、下保護(hù)鏡座、進(jìn)水管、下保護(hù)鏡片和出水口，下保護(hù)鏡座上端連接調(diào)焦系統(tǒng)，下端設(shè)有下保護(hù)鏡片，水噴頭位于下保護(hù)鏡座下端的外圍，水噴頭與下保護(hù)鏡座連接部分密封，水噴頭能夠沿下保護(hù)鏡座上下移動(dòng)，水噴頭與下保護(hù)鏡座之間形成腔體，水噴頭設(shè)有進(jìn)水管和出水口，通過進(jìn)水管，水進(jìn)入腔體，通過出水口，水噴出至工件的吸收層。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)光水同軸，對沖擊強(qiáng)化過程中產(chǎn)生的等離子體進(jìn)行約束，加工更加靈活，適應(yīng)性更強(qiáng)。本發(fā)明可通過水噴頭的上下移動(dòng)來調(diào)節(jié)出水口與光束聚集點(diǎn)之間的距離，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)水柱長度的調(diào)節(jié)來匹配不同的工藝需求。
【專利說明】光水同軸的激光沖擊強(qiáng)化噴頭
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光水同軸的激光沖擊強(qiáng)化噴頭，屬于激光沖擊強(qiáng)化【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)，也稱激光噴丸技術(shù)。是高功率密度(GW/cm2量級)、短脈沖(10~30ns量級)的激光通過透明約束層作用于金屬表面所涂覆的能量吸收涂層時(shí)，涂層吸收激光能量迅速氣化幾乎同時(shí)形成大量稠密的高溫O10K)、高壓OlGPa)等離子體。該等離子體繼續(xù)吸收激光能量急劇升溫膨脹，然后爆炸形成高強(qiáng)度沖擊波作用于金屬表面。當(dāng)沖擊波的峰值壓力超過材料的動(dòng)態(tài)屈服強(qiáng)度時(shí)，材料發(fā)生塑性變形并在表層產(chǎn)生平行于材料表面的拉應(yīng)力。激光作用結(jié)束后，由于沖擊區(qū)域周圍材料的反作用，其力學(xué)效應(yīng)表現(xiàn)為材料表面獲得較高的殘余壓應(yīng)力。殘余壓應(yīng)力會降低交變載荷中的拉應(yīng)力水平，使平均應(yīng)力水平下降，從而提高疲勞裂紋萌生壽命。同時(shí)殘余壓應(yīng)力的存在，可引起裂紋的閉合效應(yīng)，從而有效降低疲勞裂紋擴(kuò)展的驅(qū)動(dòng)力，延長疲勞裂紋擴(kuò)展壽命。
[0003]激光沖擊處理加工過程中，激光需要通過作為約束層的水層到達(dá)吸收層，激光能量被吸收層吸收產(chǎn)生高溫高壓等離子體，進(jìn)而產(chǎn)生沖擊波。連續(xù)激光沖擊處理時(shí)，約束層的平整性影響激光沖擊處理能否實(shí)施或者能否連續(xù)。
[0004]現(xiàn)有的水約束層實(shí)現(xiàn)方式有兩種:一種是將零件放置在水箱里，進(jìn)行水下加工；另一種是通過外置的一根圓形水管在零件表面形成厚度約為2-3毫米的流動(dòng)水幕。當(dāng)需要處理的區(qū)域空間狹小或者表面不平整時(shí)，上述兩種方法就有很大的局限性，不能很好地形成約束層。第一種方法的缺陷是加工系統(tǒng)不夠靈活，加工范圍受到水箱尺寸的限制，而且每次沖擊后需等待水面平復(fù)，加工效率較低。后一種方法水層厚度不易控制，水幕偏置于激光一側(cè)，而且其落點(diǎn)距激 光光束需要一定距離，因此在處理某些形狀的零件時(shí)，可能難以達(dá)到激光束和水幕的最佳配合點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了解決水幕的落點(diǎn)和激光光束不在同一點(diǎn)或不能達(dá)到最佳配合的位置的技術(shù)問題，提出一種光水同軸的激光沖擊強(qiáng)化噴頭。
[0006]一種光水同軸的激光沖擊強(qiáng)化噴頭，包括水噴頭、下保護(hù)鏡座、進(jìn)水管、下保護(hù)鏡片和出水口；
[0007]下保護(hù)鏡座上端連接調(diào)焦系統(tǒng)，下端設(shè)有下保護(hù)鏡片，水噴頭位于下保護(hù)鏡座下端的外圍，水噴頭與下保護(hù)鏡座連接部分密封，水噴頭能夠沿下保護(hù)鏡座上下移動(dòng)，水噴頭與下保護(hù)鏡座之間形成腔體，水噴頭設(shè)有進(jìn)水管和出水口，通過進(jìn)水管，水進(jìn)入腔體，通過出水口，水噴出至工件的吸收層。
[0008]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0009](I)本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)光水同軸，對沖擊強(qiáng)化過程中產(chǎn)生的等離子體進(jìn)行約束，加工更加靈活，適應(yīng)性更強(qiáng)；[0010](2)本發(fā)明可通過水噴頭的上下移動(dòng)來調(diào)節(jié)出水口與光束聚集點(diǎn)之間的距離，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)水柱長度的調(diào)節(jié)來匹配不同的工藝需求；
[0011](3)本發(fā)明可通過調(diào)整水的流態(tài)和焦點(diǎn)位置，利用水柱的全反射約束來整形激光光束。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明光水同軸的激光沖擊強(qiáng)化噴頭的剖視圖。
[0013]圖中:
[0014]1-工件 2-吸收層 3-旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封
[0015]4-水噴頭5-下保護(hù)鏡座6-激光
[0016]7-進(jìn)水管8-下保護(hù)鏡片9-出水口
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0018]本發(fā)明是一種光水同軸的激光沖擊強(qiáng)化噴頭，如圖1所示，包括水噴頭4、下保護(hù)鏡座5、進(jìn)水管7、下保護(hù)鏡片8和出水口 9。
[0019]下保護(hù)鏡座5上端連接調(diào)焦系統(tǒng)，下端設(shè)有下保護(hù)鏡片8，水噴頭4位于下保護(hù)鏡座5下端的外圍，水噴頭4與下保護(hù)鏡座5通過螺紋連接，水噴頭4能夠沿下保護(hù)鏡座5上下移動(dòng)，螺紋部分通過旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封3進(jìn)行密封，水噴頭4與下保護(hù)鏡座5之間形成腔體，水噴頭4設(shè)有進(jìn)水管7和出水口 9，通過進(jìn)水管7，水進(jìn)入腔體，通過出水口 9噴出至工件I的吸收層2上。
[0020]其中，水噴頭4可以實(shí)現(xiàn)上下高度的調(diào)節(jié)，下保護(hù)鏡座5的外側(cè)以及水噴頭4的內(nèi)側(cè)具有螺紋，可以旋轉(zhuǎn)水噴頭4進(jìn)而實(shí)現(xiàn)其上下高度的調(diào)節(jié)，而且在水噴頭4和下保護(hù)鏡座5嚙合的部位裝有旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封，以防止水泄露。
[0021]工作過程:
[0022]下保護(hù)鏡座5連接上一級的調(diào)焦系統(tǒng)，調(diào)節(jié)好的激光6經(jīng)過調(diào)焦系統(tǒng)后進(jìn)入下保護(hù)鏡座5，通過下保護(hù)鏡片8沖擊到覆有吸收層2的工件I上。水通過進(jìn)水口 7進(jìn)入到噴頭的腔體內(nèi)，再由出水口 9噴出至工件I的吸收層2上，其中，激光與水為同軸設(shè)置。
【權(quán)利要求】
1.一種光水同軸的激光沖擊強(qiáng)化噴頭，包括水噴頭、下保護(hù)鏡座、進(jìn)水管、下保護(hù)鏡片和出水口 ； 下保護(hù)鏡座上端連接調(diào)焦系統(tǒng)，下端設(shè)有下保護(hù)鏡片，水噴頭位于下保護(hù)鏡座下端的外圍，水噴頭與下保護(hù)鏡座連接部分密封，水噴頭能夠沿下保護(hù)鏡座上下移動(dòng)，水噴頭與下保護(hù)鏡座之間形成腔體，水噴頭設(shè)有進(jìn)水管和出水口，通過進(jìn)水管，水進(jìn)入腔體，通過出水口，水噴出至工件的吸收層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光水同軸的激光沖擊強(qiáng)化噴頭，所述的水噴頭與下保護(hù)鏡座通過螺紋連接，螺紋部分進(jìn)行旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光水同軸的激光沖擊強(qiáng)化噴頭，所述的出水口與下保護(hù)鏡片同軸。`
【文檔編號】C21D10/00GK103484654SQ201310431659
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月22日
【發(fā)明者】朱穎, 黃帥, 康慧, 曲平 申請人:北京航空航天大學(xué)