[發明專利]一種光水同軸的激光沖擊強化裝置

有效

• 申請號: 201910321632.0
• 申請日: 2019-04-22
• 公開（公告）號: CN111826514B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 曹治赫;趙吉賓;喬紅超;陸瑩;孫博宇;張旖諾;于永飛
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: C21D10/00
• 分類號: C21D10/00
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 汪海

本發明涉及激光沖擊強化加工領域，具體地說是一種光水同軸的激光沖擊強化裝置，包括殼體、激光聚焦透鏡、激光窗口和噴嘴，在所述殼體內設有液壓均衡腔，且所述液壓均衡腔一側設有激光窗口，另一側設有噴嘴，在所述殼體上設有接口與所述液壓均衡腔相通，激光聚焦透鏡設于所述殼體內且設于所述激光窗口外側，激光由殼體后端開口射入且依次穿過所述激光聚焦透鏡、激光窗口和液壓均衡腔內的液體后照射在所述噴嘴內，在所述噴嘴外側的殼體上設有射流口，且液體經過所述噴嘴后形成射流由所述射流口噴出，激光進入射流內并沿著射流方向傳播。本發明有效解決了現有激光沖擊強化裝置難以應用于狹小空間或半封閉空間內表面沖擊強化的問題。

技術領域

本發明涉及激光沖擊強化加工領域，具體地說是一種光水同軸的激光沖擊強化裝置。

背景技術

激光沖擊強化技術已經廣泛應用于多種金屬材料結構件的表面性能強化處理。激光沖擊強化技術一般采用水或礦物油作為約束層限制激光產生的等離子體擴散，從而形成有效的沖擊波對工件材料進行強化。因此在現有的激光沖擊強化設備中，需要在工件附近安放水射流噴嘴以便使工件表面形成約束層。但是在對處于狹小或半封閉空間中的表面進行激光沖擊強化時，水射流噴嘴往往沒有足夠的放置空間，這就大大限制了激光沖擊強化技術的應用范圍。

專利號為200510094810.9的發明專利中公開了一種基于激光沖擊強化技術的新型水約束層增壓的方法和裝置，該專利提出了一種基于厚度較為均勻的流水約束層的激光沖擊方法與裝置，專利號為201410492392.8的發明專利中公開了一種基于空氣層流的激光沖擊波壓力約束方法和裝置，其利用溫度差形成的空氣層流對激光沖擊波的壓力進行約束，可以在0.7～2.5MPa空氣壓力下實現較好的約束效果，上述專利都存在約束層噴頭占用本就狹小的加工空間的問題，而專利號為201810967909.2的發明專利中則公開了一種使用液氮作為激光沖擊強化方法中約束層的方法，在低溫環境下實現對材料的表面沖擊強化，但是使用靜態液氮作為復雜曲面零件的約束層時，約束層厚度不均勻也會影響沖擊強化的穩定性，使得激光沖擊整理效果不理想。

發明內容

本發明的目的在于提供一種光水同軸的激光沖擊強化裝置,以解決現有激光沖擊強化裝置難以應用于狹小空間或半封閉空間內實現表面沖擊強化的問題。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

一種光水同軸的激光沖擊強化裝置，包括殼體、激光聚焦透鏡、激光窗口和噴嘴，在所述殼體內設有液壓均衡腔，且所述液壓均衡腔一側設有激光窗口，另一側設有噴嘴，在所述殼體上設有接口與所述液壓均衡腔相通，激光聚焦透鏡設于所述殼體內且設于所述激光窗口外側，激光由殼體后端開口射入且依次穿過所述激光聚焦透鏡、激光窗口和液壓均衡腔內的液體后照射在所述噴嘴內，在所述噴嘴外側的殼體上設有射流口，且液體經過所述噴嘴后形成射流由所述射流口噴出射向待加工工件表面，激光進入射流內并沿著射流方向傳播。

激光在射流內發生全反射并與射流同軸傳播。

所述激光聚焦透鏡的焦點位置位于所述噴嘴內。

所述噴嘴內部有供水噴出的孔道。

所述孔道的截面形狀為圓形、矩形或圓角矩形。

所述噴嘴由耐磨金屬材料制成，所述噴嘴的孔道孔徑范圍為0.5～8mm。

所述液壓均衡腔內的液壓值范圍為0.1～10MPa。

所述激光窗口與殼體之間以及所述噴嘴與殼體之間均設有密封件。

本發明的優點與積極效果為：

1、本發明使激光耦合進入射流中并與射流一同傳播，省去了傳統激光沖擊強化設備中噴水頭要單獨占用的空間，可以大幅度減小激光沖擊強化頭的體積，大大提高激光沖擊強化設備對處于狹小及半封閉空間的表面強化能力。