[發明專利]一種基于激光沖擊波技術實現水下焊縫強化的方法和裝置

有效

• 申請號: 201710885803.3
• 申請日: 2017-09-26
• 公開（公告）號: CN107739812B
• 公開（公告）日: 2019-03-05
• 發明（設計）人: 張興權;紀嘯天;黃志偉;陳彬;裴善報;童靳于;楊恒基;方光龍
• 申請（專利權）人: 安徽工業大學
• 主分類號: C21D10/00
• 分類號: C21D10/00;C21D11/00
• 代理公司: 安徽知問律師事務所 34134
• 代理人: 杜袁成

1.一種基于激光沖擊波技術實現水下焊縫強化的方法，其特征在于該方法具體步驟如下：

(1)將位于水下構件(9)上的焊縫及用于強化的激光脈沖束的參數信息輸入計算機(6)；所述計算機(6)向控制器(5)發出指令，使水泵(8)開啟形成一定壓力和流量的清澈流水，流水通過水管(7)和強化沖擊頭(10)后，推開防反沖瓣膜(20)后噴出，并排開其它水體，在所述強化沖擊頭(10)與所述焊縫之間形成穩定清澈的水體；

(2)操作所述計算機(6)，向所述控制器(5)發出指令使測距儀(11)發出紅外線，測量所述強化沖擊頭(10)到所述構件(9)上待強化焊縫區域的距離，測得的距離由顯示器(4)顯示；

(3)讀取距離信息并輸入到所述計算機(6)，所述計算機(6)自動與原先設定的數據信息比較，隨后向所述控制器(5)發出指令，使機械手(1)運動以調整所述強化沖擊頭(10)的位置，使光斑的大小符合要求，且使兩光斑中心的連線與所述焊縫垂直；

(4)激光發生器(2)得到所述控制器(5)指令后發出激光脈沖束，激光脈沖束由導光纖維(3)傳導至所述強化沖擊頭(10)后，被分光鏡(25)分成兩束激光脈沖束；一束直接經過第二會聚透鏡(23)射出，另一束經全反鏡(14)反射后再經過第一會聚透鏡(16)射出；所述兩束激光脈沖束同時輻照誘導產生高壓沖擊波，對所述焊縫實施強化，在強化過程中，高壓沖擊波能夠在水體中誘導空泡產生，隨后空泡自行破滅，從而在水體中形成多次沖擊波對焊縫實施多次強化，從而去除焊接形成的拉應力，并有殘余壓應力的產生；

(5)所述焊縫的某一位置強化完成后，所述機械手(1)得到所述控制器(5)發出的指令，沿著所述焊縫方向移動，改變所述強化沖擊頭(10)的位置，對所述焊縫實施下一位置強化，直至完成整條焊縫的強化；強化完成后，操作所述計算機(6)向所述控制器(5)發送信號，關閉所述水泵(8)，切斷所述激光發生器(2)的電源，收起所述機械手(1)。

2.一種基于激光沖擊波技術實現水下焊縫強化的裝置，其特征在于該裝置包括激光發生器(2)、導光系統、距離調節系統、供水系統及控制系統；所述導光系統包括導光纖維(3)、強化沖擊頭(10)、分光室殼體(13)、全反鏡(14)、第一壓邊圈(15)、第一會聚透鏡(16)、第一軟墊片(17)、內錐孔圓套(19)、防反沖瓣膜(20)、混合體(21)、第二壓邊圈(24)、第二會聚透鏡(23)、第二軟質墊片(22)、分光鏡(25)、第三壓邊圈(26)、第三軟質墊片(27)及透明玻璃片(28)；所述導光纖維(3)的一端連接所述激光發生器(2)，所述導光纖維(3)的另一端連接所述強化沖擊頭(10)，所述強化沖擊頭(10)是含有多個零件和多個通道的多用途集成件，所述強化沖擊頭(10)的左端是密閉的分光室，所述分光鏡(25)和所述全反鏡(14)安裝在所述分光室中，所述混合體(21)設置在所述強化沖擊頭(10)中端，所述混合體(21)與所述分光室殼體(13)通過螺紋連接，所述混合體(21)包含多個光路通道和水流通道；所述第一軟質墊片(17)和第一會聚透鏡(16)依次放入所述混合體(21)的第一孔道中，所述第一壓邊圈(15)通過螺紋連接將所述第一會聚透鏡(16)和所述第一軟質墊片(17)壓緊固定在所述混合體(21)的第一孔道中，所述第二軟質墊片(22)和所述第二會聚透鏡(23)依次放入所述混合體(21)第二孔道中，所述第二壓邊圈(24)通過螺紋將所述第二會聚透鏡(23)和所述第二軟質墊片(22)壓緊固定在所述混合體(21)的第二孔道中，所述第二會聚透鏡(23)的光軸與所述第一會聚透鏡(16)的光軸平行，所述第三軟質墊片(27)和所述透明玻璃片(28)依次放入所述混合體(21)的第三孔道中，所述第三壓邊圈(26)通過螺紋連接將所述透明玻璃片(28)和所述第三軟質墊片(27)固定在所述混合體(21)中第三孔道中；所述強化沖擊頭(10)的右端殼體為所述內錐孔圓套(19)，所述內錐孔圓套(19)與所述混合體(21)通過螺紋連接，所述內錐孔圓套(19)內部有四片所述防反沖瓣膜(20)，所述防反沖瓣膜(20)的形狀呈扇形且兩側都有三根綁帶，所述防反沖瓣膜(20)兩側的綁帶穿過所述內錐孔圓套(19)壁上的孔，所述防反沖瓣膜(20)兩側對應的綁帶兩兩系緊，所述防反沖瓣膜(20)系好后張口向右，在一定壓力和流量的水流作用下，所述防反沖瓣膜(20)能夠貼附于所述內錐孔圓套(19)的內壁，讓激光脈沖束通過，在高壓產生沖擊波后，所述防反沖瓣膜(20)的張口在高壓沖擊作用下張開，四片所述防反沖瓣膜(20)兩兩貼合在一起，防止高壓沖擊波對所述強化沖擊頭(10)內的光學器件的損壞；所述距離調節系統包括機械手(1)、強化沖擊頭(10)、測距儀(11)、顯示器(4)及構件(9)，所述機械手(1)具有五個自由度，所述機械手(1)的一端通過基座安裝在岸上，所述機械手(1)的另一端設有法蘭盤，所述機械手(1)的法蘭盤與所述分光室殼體(13)通過螺栓連接，所述強化沖擊頭(10)相對所述構件(9)的位置能夠通過所述機械手(1)的運動來調節，所述測距儀(11)安裝在所述分光室殼體(13)的左端面上，所述測距儀(11)是防水的，所述測距儀(11)發出的紅外線能夠通過所述強化沖擊頭(10)內部光通道到達所述焊縫的表面，所述顯示器(4)放置于岸上并通過信號線連接所述測距儀(11)，用于顯示所述測距儀(11)所測得的距離；所述供水系統包括水泵(8)、水管(7)、管接頭(18)及強化沖擊頭(10)，所述水泵(8)的進水口連接著自來水管，所述水泵(8)的出水口連接著軟質的所述水管(7)，所述管接頭(18)通過兩端的管螺紋分別與所述水管(7)和所述強化沖擊頭(10)連接，自來水通過所述水泵(8)后形成一定的壓力和流量的水流，依次通過所述水管(7)、所述管接頭(18)和所述強化沖擊頭(10)內部的水流通道噴出；所述控制系統包括計算機(6)和控制器(5)，所述計算機(6)存貯信息并向所述控制器(5)發送相應的信號來控制所述水泵(8)的開關及管內水流的壓力和流量的大小，所述控制器(5)控制所述機械手(1)的運動和激光發生器(2)的開關以及激光脈沖束的參數。