[實用新型]水射流輔助激光加工系統

有效

• 申請號: 201920033033.4
• 申請日: 2019-01-09
• 公開（公告）號: CN209363853U
• 公開（公告）日: 2019-09-10
• 發明（設計）人: 龍芋宏;黃宇星;楊林帆;趙要武;焦輝;周嘉;劉清原;梁恩;趙鈺渙;單晨
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: B23K26/04
• 分類號: B23K26/04;B23K26/046;B23K26/70
• 代理公司: 桂林市持衡專利商標事務所有限公司 45107
• 代理人: 黃瑋

本實用新型公開了一種水射流輔助激光加工系統，其光束傳輸聚焦單元包括激光發射器和光束傳輸變換機構，激光發射器的前方設置45°傾斜的反光鏡，設于反光鏡下方的光束傳輸變換機構包括保護套管，保護套管的上部管孔內設有光束傳輸變換元件、下部管孔內設有自聚焦透鏡和球透鏡；其工作臺單元設于保護套管下方，包括三維調節的工作臺，固定臺板設于工作臺上的水槽內，工件裝夾于固定臺板上并與球透鏡相對；其供液單元的泵管連通噴管，噴管的噴嘴向工件斜伸，可調節噴嘴斜伸角度的噴管設于三維及角度調節的噴管調節架上，水槽通過回流管連通供液單元。本實用新型減少了激光束在自由空間傳輸的光程，降低了水射流沖擊濺射對光路傳輸的干擾。

技術領域

本實用新型涉及激光加工技術，具體為一種水射流輔助激光加工系統。

背景技術

傳統激光加工技術是利用激光產生的高能量密度使加工工件部位產生相變熔融、汽化來去除局部工件；然而，激光加工過程中，由于高能密度會促使加工后的工件產生熱影響區、殘渣、微裂紋等，嚴重影響加工后工件的表面質量及力學性能。

水射流輔助激光加工技術在激光照射工件、工件局部受熱溫度升高、局部高溫的材料軟化、力學強度下降的同時，利用一束液體射流沖擊工件上的激光受熱區，利用射流所產生的沖擊力去除激光熔融過程中力學強度降低的材料而完成對工件的加工。此外，由于水射流輔助激光加工過程中，利用水射流的冷卻作用，能夠加快對流散熱，高速射流沖擊加工部位，在射流的對流冷卻作用下使加工區域在短時間內迅速冷卻，能夠降低加工工件的熱損傷。水射流輔助激光加工與傳統激光加工相比具有熱影響區小、微裂紋少及表面熔渣少等特點。

雖然水射流輔助激光加工技術有上述優點，但是現有的水射流輔助激光加工過程中也存在如下顯著缺陷：

1、該系統在加工工件過程中，激光束聚焦采用傳統的單凸透鏡進行聚焦，聚焦過程中由于焦距較大，光束從透鏡聚焦端面到加工工件表面暴露在自由空間的光程過長，容易造成光束聚焦過程中的非穩定性。

2、由于高速水射流沖擊工件表面，射流對工件的沖擊力使得射流反彈、飛濺，形成的液滴進一步破碎、霧化而形成水霧，此過程形成的液滴和水束會吸收激光的能量，還會使激光束產生偏折和散射，降低激光能量的利用率，影響工件的加工質量。

針對射流濺射的缺點，也有提出利用側向吹氣方法來降低射流濺射的影響，但由于射流作用在工件表面的沖擊力較強烈，需要相匹配的輔助吹氣壓力，對于吹氣系統壓力的設計也有一定的難度；除此，一些設計中也利用防濺射裝置來防止液滴濺射及霧化對光束傳輸的影響，但由于傳統單凸透鏡聚焦光路過長，光束絕大部分暴露在自由空間中，在光束聚焦射出部位阻隔濺射液滴及霧氣有一定的難度。

分析現有的水射流輔助激光加工技術的特點，由于光束聚焦過程中光路過長，使光束絕大部分光束暴露在自由空間，加上水射流沖擊工件表面產生的液體濺射、霧化等阻礙了光束能量傳輸利用率及其傳輸中的穩定性。

實用新型內容

針對現有水射流輔助激光技術的缺陷，本實用新型提出了一種水射流輔助激光加工系統，以消除現有技術的阻礙而使水射流輔助激光技術更好的應用及發展。

本實用新型水射流輔助激光加工系統，其技術方案包括光束傳輸聚焦單元、工作臺單元和供液單元，所不同的是：

1、所述光束傳輸聚焦單元包括激光發射器、反光鏡和光束傳輸變換機構，所述激光發射器的前方設置45°傾斜的反光鏡，設于反光鏡下方的光束傳輸變換機構包括保護套管，所述保護套管的上部管孔內設有光束傳輸變換元件，保護套管的下部管孔內設有由自聚焦透鏡和球透鏡構成的激光聚焦組件。

2、所述工作臺單元設于光束傳輸變換機構下方，包括能進行X/Y/Z向移動(三維調節)的工作臺，固定臺板設于工作臺上的水槽內，工件裝夾于固定臺板上并與球透鏡相對而使激光聚焦點位于工件表面上。