激光加工裝置和激光加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光加工裝置和激光加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]例如，在核電站中，在定期檢查時將自動機器設(shè)置在爐內(nèi)對爐內(nèi)機器進(jìn)行訪問，實施了各種安保方法。其中作為針對由焊接部中殘留的拉伸應(yīng)力引起的SCC(StressCorros1n Cracking:應(yīng)力腐蝕開裂)的對策，能有效防止其發(fā)生的技術(shù)有激光噴丸。
[0003]說明激光噴丸的原理。將脈沖寬度為幾納秒(ns)程度的激光用聚光透鏡聚光成直徑為Imm程度的點而照射到被處理構(gòu)件，則被處理構(gòu)件的表面吸收能量而等離子體化。在等離子體的周圍被相對于激光的波長透明的液體、涂料覆蓋的情況下，等離子體的膨脹被阻礙而等離子體的內(nèi)部壓力達(dá)到幾千兆帕斯卡(GPa)程度，會對被處理構(gòu)件施加沖擊。此時會產(chǎn)生強力的沖擊波，在材料內(nèi)部傳播而引起塑性變形，由殘留應(yīng)力變?yōu)閴嚎s狀態(tài)。
[0004]激光噴丸與強力噴丸(shot peening)、噴水噴丸(water jet peening)等其它噴丸技術(shù)相比，效果不大依賴于材料強度地從被處理構(gòu)件的表面影響到1_程度的板厚的內(nèi)部。另外，加工時無反作用力，容易使加工裝置小型化，對狹窄部的加工性良好。因此，開發(fā)出了例如能對管內(nèi)徑小的對象物進(jìn)行施工的激光加工裝置和激光加工方法。這種技術(shù)有日本的專利公報(特開2005-31319號公報(以下稱為專利文獻(xiàn)I))。
[0005]發(fā)明要解決的問題
[0006]在現(xiàn)有的對配管內(nèi)進(jìn)行激光加工的裝置中，希望施工對象部位處于水中環(huán)境下，但是有時候不得不在空氣中進(jìn)行施工。例如，在對象物非常大而無法沉入水槽等的情況下，會在空氣中對施工對象供給水等液體并且激光。但是，在由于某種障礙而導(dǎo)致液體的供給停止或者供給量降低的情況下，激光有可能在空氣中傳播，照射到施工對象。在激光在空氣中傳播的情況下，與在水中傳播的情況相比焦距發(fā)生變化。在這種情況下，認(rèn)為激光發(fā)生收斂而照射到施工對象部。聚集的激光的能量密度高，因此認(rèn)為最糟糕的情況下有可能對施工對象部造成損傷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明是為了應(yīng)對上述現(xiàn)有情況而完成的，因此其目的在于提供一種激光加工裝置和激光加工方法，在空氣中供給液體且進(jìn)行施工時當(dāng)液體供給停止的情況下使得激光不會在空氣中傳播而到達(dá)施工對象面。
[0008]用于解決課題的手段
[0009]在本發(fā)明的激光加工裝置的一個實施方式中，是對被處理構(gòu)件的表面供給液體，經(jīng)由上述液體照射脈沖狀的激光進(jìn)行表面處理的激光加工裝置，其特征在于，具備:激光照射機構(gòu)，經(jīng)由光學(xué)窗口并穿過上述液體地對上述被處理構(gòu)件的表面照射上述激光；以及液體供給機構(gòu)，經(jīng)由通過上述光學(xué)窗口的外側(cè)表面的流路對上述被處理構(gòu)件的表面供給上述液體，上述光學(xué)窗口的激光出射面構(gòu)成為，在上述光學(xué)窗口的激光出射面與上述液體接觸的情況下使上述激光透射，在上述光學(xué)窗口的激光出射面不與上述液體接觸的情況下使上述激光反射。
[0010]在本發(fā)明的激光加工方法的一個實施方式中，是對設(shè)于氣體環(huán)境中的被處理構(gòu)件的表面供給液體，經(jīng)由上述液體照射脈沖狀的激光進(jìn)行表面處理的激光加工方法，其特征在于，配設(shè)有:激光照射機構(gòu)，經(jīng)由光學(xué)窗口并穿過上述液體地對上述被處理構(gòu)件的表面照射上述激光；以及液體供給機構(gòu)，經(jīng)由通過上述光學(xué)窗口的外側(cè)表面的流路對上述被處理構(gòu)件的表面供給上述液體，在上述光學(xué)窗口的外側(cè)，利用上述液體與上述氣體環(huán)境的折射率的不同來切換光路，在從上述液體供給機構(gòu)供給上述液體的情況下切換為對上述被處理構(gòu)件的表面照射上述激光的第I光路，在來自上述液體供給機構(gòu)的上述液體的供給停止的情況下切換為不對上述被處理構(gòu)件的表面照射上述激光的第2光路。
[0011]發(fā)明效果
[0012]根據(jù)本發(fā)明，在空氣中供給液體且進(jìn)行施工時液體的供給停止的情況下，能防止激光到達(dá)施工對象部。
【附圖說明】
[0013]圖1是示出本發(fā)明的第I實施方式的激光加工裝置的主要部位概要構(gòu)成的圖。
[0014]圖2是示出第I實施方式的激光加工裝置的停止了液體供給的狀態(tài)的圖
[0015]圖3是示出第2實施方式的激光加工裝置的主要部位概要構(gòu)成的圖。
[0016]圖4是示出第3實施方式的激光加工裝置的主要部位概要構(gòu)成的圖。
[0017]圖5是示出第4實施方式的激光加工裝置的主要部位概要構(gòu)成的圖。
[0018]圖6是示出第5實施方式的激光加工裝置的主要部位概要構(gòu)成的圖。
[0019]圖7是示出第6實施方式的激光加工裝置的主要部位概要構(gòu)成的圖。
[0020]圖8是示出第7實施方式的激光加工裝置的主要部位概要構(gòu)成的圖。
[0021 ] 圖9是示出驅(qū)動機構(gòu)的例的概要構(gòu)成的圖。
[0022]附圖標(biāo)記說明:
[0023]100:激光焊接裝置，101:激光照射頭，11:配管，12:液體，13:激光，14:施工部位，15:聚光透鏡，16:棱鏡，17:反射鏡，18:液體供給配管，19:束流收集器，30:光路，31:流路。
【具體實施方式】
[0024]以下，參照【附圖說明】本發(fā)明的實施方式。
[0025]圖1是示出本發(fā)明的第I實施方式的激光加工裝置100的主要部位概要構(gòu)成的圖。如圖1所示，激光加工裝置100具備激光照射頭101，其插入配管11等的內(nèi)部，用于對配管11的內(nèi)面實施加工。
[0026]激光照射頭101形成為筒狀，在其內(nèi)部形成有用于使激光13進(jìn)行空間傳播的光路30。在該光路30內(nèi)配設(shè)有聚光透鏡15、反射鏡17等光學(xué)部件。這樣，在本實施方式中，成為使激光13進(jìn)行空間傳播的構(gòu)成，由此，與進(jìn)行光纖傳播的構(gòu)成的情況相比能使激光13的焦距變長。
[0027]在光路30的終端部配設(shè)有構(gòu)成光學(xué)窗口的棱鏡16，經(jīng)由該棱鏡16對施工部位14照射激光13。另外，激光照射頭101連接著用于供給水等液體12的液體供給配管18。在激光照射頭101內(nèi)形成有用于使從液體供給配管18供給的液體12流通的流路31。該流路31構(gòu)成為在液體12通過棱鏡16的外側(cè)面及其附近之后被供給到配管11的施工部位14的附近。
[0028]在本實施方式中，設(shè)為液體12和棱鏡16的折射率為近似的值，液體12與棱鏡16的折射率之差小于空氣(氣體環(huán)境)與棱鏡16的折射率之差。因此，在液體12流經(jīng)棱鏡16的外側(cè)的狀態(tài)下，由反射鏡17反射而入射到棱鏡16內(nèi)的激光13原樣地大致直行，照射到施工部位14(第I光路)。
[0029]另一方面，如圖2所示，在來自液體供給配管18的液體12的供給停止，液體12不流經(jīng)棱鏡16的外側(cè)的狀態(tài)下，為棱鏡16的外側(cè)不存在液體12而是存在空氣(氣體環(huán)境)的狀態(tài)。并且，棱鏡16與空氣(氣體環(huán)境)的折射率之差大，因此由反射鏡17反射而入射到棱鏡16內(nèi)的激光13在棱鏡16與空氣(氣體環(huán)境)的邊界發(fā)生反射，不會照射到施工部位14 (第2光路)。在本實施方式中，激光照射頭101內(nèi)配設(shè)有束流收集器(beam dump) 19，構(gòu)成為在棱鏡16與空氣(氣體環(huán)境)的邊界反射的激光13入射到該束流收集器19。
[0030]在上述構(gòu)成的激光加工裝置100中，在未供給來自液體供給配管18的液體12的情況下，激光13經(jīng)由液體12照射到施工部位14，執(zhí)行激光噴丸處理。并且，在由于某種原因來自液體供給配管18的液體12的供給停止的情況下，對施工部位14不會照射激光13，激光13入射到束流收集器19。因此，能可靠地防止由于液體12消失而穿過氣體并被不必要地聚光的狀態(tài)下的激光13照射到施工部位14導(dǎo)致施工部位14損傷。
[0031]另外，在上述構(gòu)成的激光加工裝置100中，是使激光13進(jìn)行空間傳播的構(gòu)成，因此與進(jìn)行光纖傳播的構(gòu)成的情況相比能使激光13的焦距變長。由此，能將光學(xué)部件配置在遠(yuǎn)離施工部位14的位置，能抑制在施工部位14產(chǎn)生的等離子體的沖擊波等導(dǎo)致光學(xué)部件破損。
[0032]如上所述，根據(jù)本實施方式的激光加工裝置100，在空氣中供給液體12并施工時液體12的供給停止的情況下，也能降低對施工對象面造成損傷的可能性，能進(jìn)行安全良好的加工。以下，說明第2?7實施方式，該第2?7實施方式能實現(xiàn)與上述第I實施方式同樣的作用、效果。
[0033]圖3示出第2實施方式的激光加工裝置200的主要部位概要構(gòu)成。該第2實施方式的激光加工裝置200具備激光照射頭201。該激光照射頭201將第I實施方式的激光照射頭101的束流收集器19替換為用于測定激光13的能量的能量計測機構(gòu)20。此外，其它構(gòu)成與第I實施方式的激光加工裝置100是同樣的，因此對于對應(yīng)的部分標(biāo)注相同的附圖標(biāo)記，省略重復(fù)的說明。
[0034]上述能量計測機構(gòu)20例如能采用功率表、光電二極管。這樣，在施工時以外計測被導(dǎo)入能量計測機構(gòu)20的激光13的輸出，由此能算出光學(xué)系統(tǒng)的健全性、施工時的施工部位(加工點)14的激光13的輸出。
[0035]另外，能量計測機構(gòu)20如果使用能對激光13的照射位置進(jìn)行計測的傳感器，則也能通過對激光13的照射位置進(jìn)行計測、反饋來校正激光13的光軸的偏離。
[0036]圖4示出第3實施方式的激光加工裝置300的主要部位概要構(gòu)成。該第3實施方式的激光加工裝置300具備激光照射頭301。該激光照射頭301將配設(shè)于第I實施方式的光路30的終端部的構(gòu)成光學(xué)窗口的棱鏡16替換為圓錐形狀的光學(xué)部件21。此外，其它構(gòu)成與第I實施方式的激光加工裝置100是同樣的，因此對于對應(yīng)的部分標(biāo)注相同的附圖標(biāo)記，省略重復(fù)的說明。
[0037]圓錐形狀的光學(xué)部件21構(gòu)成為沿著激光13的行進(jìn)方向直徑逐漸變小的圓錐形狀，與棱鏡16的情況同樣，折射率與液體12近似。因此，液體12與圓錐形狀的光學(xué)部件21的折射率之差設(shè)定為小于空氣(氣體環(huán)境)