[發(fā)明專利]一種激光沖擊強(qiáng)化用的循環(huán)噴水系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610653435.5
• 申請日: 2016-08-10
• 公開（公告）號: CN106119518B
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魯金忠;張圣洋;邵亦鍇;羅開玉;黃建云;趙勇
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號: C21D10/00
• 分類號: C21D10/00;C22F3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種噴水循環(huán)系統(tǒng)，特指在激光沖擊強(qiáng)化時(shí)約束層用水的循環(huán)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

激光沖擊強(qiáng)化(Laser Shocking Peening,LSP)技術(shù)，也稱激光噴丸技術(shù)。是通過高功率密度(GW/cm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并幾乎同時(shí)形成大量稠密的高溫(>10K)、高壓(>1GPa)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。

激光沖擊強(qiáng)化可分為有約束層(confined-plasma)和無約束層(directablation)兩種類型。激光束透過水或玻璃被吸收層吸收，吸收層部分汽化形成等離子體,由于等離子體被約束在約束層和試樣之間，根據(jù)理想氣體的狀態(tài)方程,在有約束層時(shí)可以比無約束層時(shí)獲得更高的沖擊波峰壓；同時(shí)在有約束層時(shí),沖擊波持續(xù)時(shí)間為無約束層時(shí)的2～3倍。

現(xiàn)階段大面積沖擊工具時(shí)約束層用水量較大，用水質(zhì)量不高，對噴水方向，位置的控制較為困難，因此需要一種提高約束層水利用率，能夠?qū)崿F(xiàn)噴水方向大小準(zhǔn)確調(diào)節(jié)，用于激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備的噴水循環(huán)系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

針對以上問題，本發(fā)明的目的在于提供一種激光沖擊強(qiáng)化用的循環(huán)噴水系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在激光強(qiáng)化過程中的約束層水的循環(huán)利用，并能夠有效地過濾水中雜質(zhì)，吸附水中的離子，對水位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，保證沖擊強(qiáng)化過程中約束層的穩(wěn)定，并且環(huán)保高效的利用水資源。

以下為本發(fā)明的技術(shù)方案:

一種激光沖擊強(qiáng)化用的循環(huán)噴水系統(tǒng)，包括水槽、水泵、三通閥、離子吸附裝置、比例水閥，流量計(jì)，機(jī)械手和防濺水裝置；其中機(jī)械手上安裝噴頭，噴頭噴水作為激光沖擊強(qiáng)化時(shí)的約束層，使用信號線連接機(jī)械手控制柜與比例水閥，機(jī)械手示教器與機(jī)械手控制柜連接，通過機(jī)械手示教器控制比例水閥來調(diào)節(jié)水流量的大小；在激光出光口同軸環(huán)形安裝有出風(fēng)口，出風(fēng)口連接鼓風(fēng)機(jī)，可有效防止水滴飛濺到聚焦透鏡。

在水槽內(nèi)部裝有一定量的水，在水槽底部開有出水口，并在出水口上方安裝濾芯，濾芯可過濾水中的較大雜質(zhì)；出水口引出主回路水管依次連接水泵，三通閥，離子吸附裝置，比例水閥，流量計(jì)和安裝在機(jī)械手上的噴頭；其中水槽，濾芯，水泵，三通閥構(gòu)成一個(gè)自循環(huán)系統(tǒng)，當(dāng)比例水閥完全關(guān)閉時(shí)，水仍然可以從三通閥上端的自循環(huán)回路水管流出，構(gòu)成一個(gè)循環(huán)回路，避免主回路水管中的水逆流，其中三通閥上端的自循環(huán)回路水管直徑采用Φ12mm，主回路水管為Φ24mm，避免自循環(huán)回路流量分散過多造成的主回路水流量不足。

在三通閥的右出水端連接離子吸附裝置，用于去除水中的離子雜質(zhì)，離子吸附裝置的主體是一個(gè)直徑60mm，長度80mm的圓柱不銹鋼管，在鋼管的入水口和出水口均用塑料板封住端口并且塑料板上開口與水管相連接，在兩端塑料板內(nèi)側(cè)裝有不銹鋼網(wǎng)，不銹鋼網(wǎng)采用50目，鋼管內(nèi)部放有去離子樹脂，去離子樹脂使用1mm大小，保證其不會透過不銹鋼網(wǎng)，去離子樹脂投入的量不超過水管口高度，防止過多堵塞水管口，影響水流量。

循環(huán)系統(tǒng)中水流大小的調(diào)節(jié)通過比例水閥來控制，比例水閥為一個(gè)0v～10v的比例水閥，比例水閥通過信號線連接在機(jī)械手控制柜上，通過機(jī)械手控制柜中的模擬量輸出單元控制比例水閥；機(jī)械手控制柜通過電纜與機(jī)械手示教器相連，機(jī)械手示教器用來操作機(jī)械手運(yùn)動及比例水閥的調(diào)節(jié)，將比例水閥設(shè)為模擬量1，通過在機(jī)械手示教器上輸入Anout CHANNEL_1＝(),括號內(nèi)輸入數(shù)字0～1，對應(yīng)比例水閥的0v～10v控制水流量大小；水流大小的顯示通過比例水閥右側(cè)的流量計(jì)顯示出來。

進(jìn)一步地，在連接三通閥與離子吸附裝置的主回路水管上設(shè)有液位開關(guān)，液位開關(guān)通過信號線與機(jī)械手控制柜連接。當(dāng)水位超過所設(shè)定的警戒水位時(shí)，機(jī)械手控制柜會發(fā)出警報(bào)提醒。