一種液態(tài)吸收層液態(tài)約束層的激光沖擊處理方法和裝置制造方法
【專利摘要】一種激光沖擊強化的方法，采用懸濁液作為液態(tài)吸收層材料，并使用與液態(tài)吸收層材料互不混溶的另一種液態(tài)材料作為約束層，通過調(diào)整約束層和吸收層界面位置實現(xiàn)對工件內(nèi)壁不同部位的沖擊處理，實施該方法的裝置包括激光發(fā)生器、液態(tài)約束層、墊塊、托板、水槽、密封圈、頂桿、工作臺、支架、工作臺控制裝置、液態(tài)吸收層、計算機和激光發(fā)生器控制裝置，其中工件通過墊塊安裝在托板上，托板放置在水槽內(nèi)，并通過頂桿連接在工作臺上；頂桿穿過水槽下方開孔安裝在工作臺上；水槽通過支架安裝在地面上，水槽下方開孔；工作臺與工作臺控制裝置連接，工作臺控制裝置與計算機連接；激光發(fā)生器與激光發(fā)生器控制裝置連接，激光發(fā)生器控制裝置與計算機連接。
【專利說明】一種液態(tài)吸收層液態(tài)約束層的激光沖擊處理方法和裝置所屬【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明涉及激光加工領(lǐng)域，特指一種基于激光沖擊波技術(shù)的激光處理方法和裝置，尤其適用于零件內(nèi)壁的沖擊處理。
【背景技術(shù)】:
[0002]激光沖擊處理是利用強激光束輻照工件表面，工件表面材料吸收激光能量后氣化、離化產(chǎn)生爆炸沖擊波,沖擊波向工件內(nèi)部傳播,使工件的激光輻照面產(chǎn)生微塑性變形，激光沖擊處理結(jié)束后工件激光輻照面形成一層殘余壓應(yīng)力層，可以提高工件表面的耐磨性和延長工件的疲勞壽命。
[0003]為了避免工件表面受激光燒蝕的影響，實際激光沖擊處理過程中常在工件表面噴涂一層黑漆作為吸收層材料，一方面，吸收層材料的激光吸收率較高，可以提高激光沖擊效果，另一方面，激光輻照時直接燒蝕吸收層材料而不是工件表面材料，同時吸收層還可以隔絕激光輻照對工件表面的熱影響，起到保護工件的作用。
[0004]現(xiàn)有激光沖擊強化處理技術(shù)只能對工件外表面進行處理，對于工件內(nèi)壁的沖擊處理必須使工件旋轉(zhuǎn)一定角度或使激光頭旋轉(zhuǎn)一定角度，以便激光束能夠輻照到內(nèi)壁，這時激光束和被處理表面不垂直，激光能量分散，沖擊效果較差，難以達到滿意的沖擊效果。

【發(fā)明內(nèi)容】
:
[0005]本發(fā)明的目的是提供一種液態(tài)吸收層液態(tài)約束層的激光沖擊處理方法和裝置，尤其適用于深孔零件孔壁的沖擊強化處理。
[0006]技術(shù)方案；原理是采`用懸濁液作為液態(tài)吸收層材料，并使用與液態(tài)吸收層材料互不混溶的另一種液態(tài)材料作為約束層，使其充滿工件內(nèi)部空腔，然后用激光束輻照液態(tài)吸收層材料，液態(tài)吸收層材料內(nèi)的固態(tài)顆粒吸收激光能后發(fā)生氣化、離化產(chǎn)生沖擊波，沖擊波驅(qū)動吸收層液體擴散對工件內(nèi)壁進行沖擊，使內(nèi)壁表面發(fā)生微塑性變形形成壓應(yīng)力，從而使工件內(nèi)孔壁得到強化。在此過程中，液態(tài)約束層使沖擊波的強度得到提高、脈沖寬度得以延長，從而提聞沖擊效果。
[0007]實施本發(fā)明的一種液態(tài)吸收層液態(tài)約束層的激光沖擊處理，包括激光發(fā)生器、液態(tài)約束層、墊塊、托板、水槽、密封圈、頂桿、工作臺、支架、工作臺控制裝置、液態(tài)吸收層、計算機和激光發(fā)生器控制裝置，工作臺上面設(shè)置頂桿，頂桿穿過水槽底部的孔并伸入水槽內(nèi)部，水槽底部孔內(nèi)設(shè)有密封圈，密封圈與頂桿相連。頂桿與水槽孔緊密結(jié)合不滲漏溶液，在水槽內(nèi)的頂桿上方設(shè)置托板，托板上方左右兩側(cè)放置墊塊，墊塊上放置需要處理的工件，在水槽內(nèi)的下部倒入液態(tài)吸收層，其液面略低于工件的上表面，在液態(tài)吸收層上面倒入比重比液態(tài)吸收層輕的透明液態(tài)約束層，其液面高于工件的上表面，液態(tài)吸收層與液態(tài)約束層互不相溶，水槽通過支架安裝在地面上，工作臺控制裝置與工作臺及計算機相連，計算機還連接激光發(fā)生器控制裝置，激光發(fā)生器控制裝置與激光發(fā)生器相連。
[0008]所述一種液態(tài)吸收層液態(tài)約束層的激光沖擊處理裝置，其中的液態(tài)吸收層為含有黑色固體微細顆粒的懸濁液如墨汁、液態(tài)黑漆，其中固體物作為激光能量吸收物，用于吸收激光能量；
[0009]所述液態(tài)約束層為與液態(tài)吸收層互不混溶的透明液體，如吸收層為水與其他固體材料構(gòu)成的懸濁液，則約束層可采用礦物油，如果吸收層采用黑色油漆等油類材料，則約束層可采用各種水溶液。
[0010]本發(fā)明的實施過程如下:
[0011]1.將工件安裝在托板上，并在水槽內(nèi)沖入吸收層液體，吸收層液體的液面略低于工件上表面；
[0012]2.在水槽中加入約束層液體，約束層液體深度約為3~8mm ;
[0013]3.調(diào)整工作臺位置，使激光束光斑中心與待處理孔的中心重合；
[0014]4.計算機發(fā)出指令給激光發(fā)生器控制裝置，激光發(fā)生器控制裝置控制激光發(fā)生器按指令要求的激光參數(shù)發(fā)出激光脈沖；
[0015]5.激光束穿過液態(tài)約束層輻照到液態(tài)吸收層材料，液態(tài)吸收層材料中激光能量吸收物質(zhì)吸收激光能量后 氣化、離化發(fā)生爆炸，產(chǎn)生沖擊波，約束層阻止吸收層氣化物直接向大氣中擴散，因而使沖擊波的強度得到增加，脈沖寬度得以延長；
[0016]6.爆炸沖擊波通過吸收層液體和約束層液體向工件內(nèi)壁傳播，使工件內(nèi)壁材料發(fā)生局部微塑性變形，形成一定深度的壓應(yīng)力層，從而增加工件內(nèi)表面的耐磨性能和延長疲勞壽命；
[0017]7.計算機發(fā)出指令給工作臺控制裝置控制工作臺移動至另一個需沖擊處理的孔的位置，然后發(fā)出指令給激光發(fā)生器控制裝置控制激光發(fā)生器輸出激光脈沖對另一個孔進行激光沖擊處理。
[0018]8.當(dāng)所有孔內(nèi)壁都沖擊完一次后，計算機輸出指令給工作臺控制裝置控制工作臺上升一定高度，工作臺通過頂桿、托板、墊塊將工件頂升起來，在工件內(nèi)孔內(nèi)，吸收層和約束層界面位置下降一定高度，如圖2、3所示；
[0019]9.重復(fù)4~8的步驟，對工件內(nèi)部的下一個深度位置的孔壁進行沖擊強化處理；
[0020]10.重復(fù)4~9的步驟，直至整個工件內(nèi)壁都沖擊處理完成。
[0021]有益效果:實施本發(fā)明的激光沖擊處理，通過液態(tài)吸收層和液態(tài)約束層傳遞沖擊波，并通過提升工件位置，使約束層和吸收層界面位置下降，即可對工件不同深度位置的內(nèi)壁進行沖擊處理，無須工件傾斜旋轉(zhuǎn)或激光頭傾斜旋轉(zhuǎn)，并且可對工件內(nèi)壁激光無法輻照到的位置進行沖擊處理。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0022]下面結(jié)合圖1對本發(fā)明作進一步說明:
[0023]圖1激光沖擊裝置結(jié)構(gòu)圖
[0024]圖2初始液體界面位置示意圖
[0025]圖3液態(tài)界面位置下降示意圖
[0026]1.激光發(fā)生器2.激光束3.工件4.液態(tài)約束層5.墊塊6.托板7.水槽8.密封圈9.頂桿10.工作臺11.支架12.工作臺控制裝置13.計算機14.激光發(fā)生器控制裝置15.液態(tài)吸收層16.吸收層與約束層界面【具體實施方式】:
[0027]下面結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明提出的具體裝置的細節(jié)和工作情況。
[0028]如圖1所示，一種液態(tài)吸收層液態(tài)約束層的激光沖擊處理，包括激光發(fā)生器1、液態(tài)約束層4、墊塊5、托板6、水槽7、密封圈8、頂桿9、工作臺10、支架11、工作臺控制裝置12、液態(tài)吸收層15、計算機13和激光發(fā)生器控制裝置14，工作臺10上面設(shè)置頂桿9，頂桿9穿過水槽7底部的孔并伸入水槽7內(nèi)部，頂桿9與水槽7孔緊密結(jié)合不滲漏溶液，在水槽7內(nèi)的頂桿9上方設(shè)置托板6，托板6上方左右兩側(cè)放置墊塊5，墊塊5上放置需要處理的工件3，在水槽7內(nèi)的下部倒入液態(tài)吸收層15，其液面略低于工件3的上表面，在液態(tài)吸收層15上面倒入比重比液態(tài)吸收層輕的透明液態(tài)約束層4，其液面高于工件3的上表面，液態(tài)吸收層15與液態(tài)約束層4互不相溶，水槽7通過支架11安裝在地面上，工作臺控制裝置12與工作臺10及計算機13相連，計算機13還連接激光發(fā)生器控制裝置14，激光發(fā)生器控制裝置14與激光發(fā)生器I相連。
[0029]水槽7底部孔內(nèi)設(shè)有密封圈8，密封圈8與頂桿9相連。
[0030]所述一種液態(tài)吸收層液態(tài)約束層的激光沖擊處理裝置，其中的液態(tài)吸收層15為含有黑色固體微細顆粒的懸濁液如墨汁、液態(tài)黑漆，其中固體物作為激光能量吸收物，用于吸收激光能量；
[0031]所述液態(tài)約束層4為與液態(tài)吸收層15互不混溶的透明液體，如吸收層15為水與其他固體材料構(gòu)成的懸濁液，則約束層4可采用礦物油，如果吸收層15采用黑色油漆等油類材料，則約束層4可采用各種水溶液。
[0032]本發(fā)明的實施過程如下:
[0033]1.將工件3安裝在托板6上，并在水槽7內(nèi)加入吸收層液體15，吸收層液體15的液面略低于工件3的上表面；
[0034]2.在水槽7中加入約束層液體4，約束層液體4的深度約為3~8mm ;
[0035]3.調(diào)整工作臺10的位置，使激光束光斑中心與待處理孔的中心重合；
[0036]4.計算機13發(fā)出指令給激光發(fā)生器控制裝置14，激光發(fā)生器控制裝置14控制激光發(fā)生器I按指令要求的激光參數(shù)發(fā)出激光脈沖；
[0037]5.激光束2穿過液態(tài)約束層4輻照到液態(tài)吸收層材料15，液態(tài)吸收層材料15中激光能量吸收物質(zhì)吸收激光能量后氣化、離化發(fā)生爆炸，產(chǎn)生沖擊波，約束層4阻止吸收層氣化物直接向大氣中擴散，因而使沖擊波的強度得到增加，脈沖寬度得以延長；
[0038]6.爆炸沖擊波通過吸收層液體15和約束層液體4向工件3內(nèi)壁傳播，使工件3內(nèi)壁材料發(fā)生局部微塑性變形，形成一定深度的壓應(yīng)力層，從而增加工件3內(nèi)表面的耐磨性能和延長疲勞壽命；
[0039]7.計算機13發(fā)出指令給工作臺控制裝置12控制工作臺10移動至另一個需沖擊處理的孔的位置，然后發(fā)出指令給激光發(fā)生器控制裝置14控制激光發(fā)生器I輸出激光脈沖對另一個孔進行激光沖擊處理。
[0040]8.當(dāng)所有孔內(nèi)壁都沖擊完一次后，計算機13輸出指令給工作臺控制裝置12控制工作臺10上升一定高度，工作臺10通過頂桿9、托板6、墊塊5將工件3頂升起來，在工件3內(nèi)孔內(nèi)，吸收層15和約束層4的界面16的位置下降一定高度，如圖2、3所示；[0041]9.重復(fù)4~8的步驟，對工件內(nèi)部的下一個深度位置的孔壁進行沖擊強化處理；
[0042]10.重復(fù)4~9的步 驟，直至整個工件3內(nèi)壁都沖擊處理完成。
【權(quán)利要求】
1.一種液態(tài)吸收層液態(tài)約束層的激光沖擊處理裝置，包括激光發(fā)生器(I)、液態(tài)約束層(4)、墊塊(5)、托板(6)、水槽(7)、密封圈(8)、頂桿(9)、工作臺(10)、支架(11)、工作臺控制裝置(12)、液態(tài)吸收層(15)、計算機(13)和激光發(fā)生器控制裝置(14)，工作臺(10)上面設(shè)置頂桿(9)，頂桿(9)穿過水槽(7)底部的孔并伸入水槽(7)內(nèi)部，頂桿(9)與水槽(7)孔緊密結(jié)合不滲漏溶液，在水槽(7)內(nèi)的頂桿(9)上方設(shè)置托板(6)，托板(6)上方左右兩側(cè)放置墊塊(5)，墊塊(5)上放置需要處理的工件(3)，在水槽(7)內(nèi)的下部倒入液態(tài)吸收層(15)，其液面略低于工件(3)的上表面，在液態(tài)吸收層(15)上面倒入比重比液態(tài)吸收層(15)輕的透明液態(tài)約束層(4)，其液面高于工件(3)的上表面，液態(tài)吸收層(15)與液態(tài)約束層(4)互不相溶，水槽(7)通過支架(11)安裝在地面上，工作臺控制裝置(12)與工作臺(10)及計算機(13)相連，計算機(13)還連接激光發(fā)生器控制裝置(14)，激光發(fā)生器控制裝置(14)與激光發(fā)生器(I)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液態(tài)吸收層液態(tài)約束層的激光沖擊處理，其特征在于，水槽(7)底部孔內(nèi)設(shè)有密封圈(8)，密封圈(8)與頂桿(9)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的液態(tài)吸收層液態(tài)約束層的激光沖擊處理，其特征在于，液態(tài)吸收層(15)為含有黑色固體微細顆粒的懸濁液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的液態(tài)吸收層液態(tài)約束層的激光沖擊處理，其特征在于，吸收層(15)為水與其他固體材料構(gòu)成的懸濁液，約束層(4)為礦物油。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的液態(tài)吸收層液態(tài)約束層的激光沖擊處理，其特征在于，吸收層(15)為黑色油類，約束層(4)為各種水溶液。
6.—種液態(tài)吸收層液態(tài)約束層的激光沖擊處理方法,其特征在于，用權(quán)利要求1至5任一項的液態(tài)吸收層液態(tài)約束層的激光沖擊處理來實現(xiàn)，通過調(diào)整兩種液體界面的位置實現(xiàn)對工件內(nèi)壁不同部位的沖擊處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的液態(tài)吸收層液態(tài)約束層的激光沖擊處理方法，其特征在于，具體過程如下: (1)將工件(3)安裝在托板(6)上，并在水槽(7)內(nèi)加入吸收層液體(15)，吸收層液體(15)的液面略低于工件(3)的上表面； (2)在水槽(7)中加入約束層液體(4)，約束層液體(4)的深度為3~8mm; (3)調(diào)整工作臺(10)的位置，使激光束光斑中心與待處理孔的中心重合； (4)計算機(13)發(fā)出指令給激光發(fā)生器控制裝置(14)，激光發(fā)生器控制裝置(14)控制激光發(fā)生器(I)按指令要求的激光參數(shù)發(fā)出激光脈沖； (5)激光束(2)穿過液態(tài)約束層(4)輻照到液態(tài)吸收層材料(15)，液態(tài)吸收層材料(15)中激光能量吸收物質(zhì)吸收激光能量后氣化、離化發(fā)生爆炸，產(chǎn)生沖擊波，約束層(4)阻止吸收層氣化物直接向大氣中擴散，因而使沖擊波的強度得到增加，脈沖寬度得以延長； (6)爆炸沖擊波通過吸收層液體(15)和約束層液體(4)向工件(3)內(nèi)壁傳播，使工件(3)內(nèi)壁材料發(fā)生局部微塑性變形，形成一定深度的壓應(yīng)力層，從而增加工件(3)內(nèi)表面的耐磨性能和延長疲勞壽命； (7)計算機(13)發(fā)出指令給工作臺控制裝置(12)控制工作臺(10)移動至另一個需沖擊處理的孔的位置，然后發(fā)出指令給激光發(fā)生器控制裝置(14)控制激光發(fā)生器I輸出激光脈沖對另一個孔進行激光沖擊處理。(8)當(dāng)所有孔內(nèi)壁都沖擊完一次后，計算機(13)輸出指令給工作臺控制裝置(12)控制工作臺(10)上升一定高度，工作臺(10)通過頂桿(9)、托板(6)、墊塊(5)將工件(3)頂升起來，在工件(3)內(nèi)孔內(nèi)，吸收層(15)和約束層(4)的界面(16)的位置下降一定高度； (9)重復(fù)(4)~(8)的步驟，對工件內(nèi)部的下一個深度位置的孔壁進行沖擊強化處理； (10)重復(fù)(4)~(9 )的步驟，直至整個工件(3)內(nèi)壁都沖擊處理完成。
【文檔編號】C21D7/00GK103710493SQ201310719015
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月23日
【發(fā)明者】顧永玉, 張永康, 馮愛新, 肖愛民 申請人:江蘇大學(xué)