[實用新型]一種激光沖擊強化裝置

有效

• 申請號: 201921062856.6
• 申請日: 2019-07-09
• 公開（公告）號: CN211079281U
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發明（設計）人: 李國杰;何艷磊;程江勇;薛鵬波;劉元偉;毋乃靚;何強世
• 申請（專利權）人: 西安天瑞達光電技術股份有限公司
• 主分類號: C21D10/00
• 分類號: C21D10/00
• 代理公司: 北京科家知識產權代理事務所(普通合伙) 11427
• 代理人: 陳娟

本實用新型涉及金屬表面處理，一種激光沖擊強化裝置，其包括高重頻低能量激光器、導光裝置、聚焦裝置、約束層加載裝置和金屬零件；所述導光裝置一端連接所述高重頻低能量激光器、另一端連接所述聚焦裝置；所述約束層加載裝置在所述金屬零件表面形成約束層；所述聚焦裝置輸出的光斑穿過所述約束層作用于所述金屬零件表面。本實用新型采用的高重頻低能量激光沖擊強化方法，頻率較高，加工效率有很大提高。

技術領域

本實用新型屬于金屬表面處理領域，具體涉及一種激光沖擊強化裝置。

背景技術

激光沖擊強化技術又稱為激光噴丸，是利用短脈沖(ns級)，高峰值功率密度(10⁹W/cm²以上)激光透過約束層沖擊覆蓋在金屬表面的激光吸收保護膜，產生高壓瞬態等離子體沖擊波，高達GPa的沖擊波壓力使得金屬材料表層發生高應變塑性變形，形成很大的殘余壓應力，同時微觀組織發生很大的變化，能顯著提高金屬材料抗外力損傷、抗腐蝕等疲勞性能的表面處理技術。

目前激光沖擊強化方法多采用大能量納秒激光進行激光沖擊強化，據查資料，目前大能量激光沖擊強化最大的重復頻率為20Hz，激光沖擊強化效率較低。

實用新型內容

本實用新型的目的是至少解決激光沖擊強化效率低的問題。該目的是通過以下技術方案實現的：

本實用新型的第一方面提出了一種激光沖擊強化裝置，其包括高重頻低能量激光器、導光裝置、聚焦裝置、約束層加載裝置和金屬零件；所述導光裝置一端連接所述高重頻低能量激光器、另一端連接所述聚焦裝置；所述約束層加載裝置在所述金屬零件表面形成約束層；所述聚焦裝置輸出的光斑穿過所述約束層作用于所述金屬零件表面。

根據本實用新型實施例的激光沖擊強化裝置，采用高重頻低能量激光進行沖擊強化，激光器的重復頻率在10kHz級別時，頻率較高，加工效率得到很大提高；高重頻達到10kHz，聚焦光斑按0.2mm計算，每小時加工面積11304cm²，高能量激光沖擊強化按目前最大頻率20Hz，光斑3mm計算，每小時加工5086.8 cm²。加工效率提升1倍。結合激光強化效果，本實用新型實施例一定程度上可以替代噴丸。從成本來看，低能量高重頻的激光器價格只有大能量激光器的二分之一，甚至更低。所以加工成本會大大降低。

另外本實用新型實施例的高重頻低能量激光器相對于通常激光沖擊強化設備中高能量固體激光器，體積重量方面大大的減小，便于運輸，提高了激光沖擊強化的應用范圍。

此外，相對于傳統的高能量低重頻激光進行激光沖擊強化，本實用新型實施例是另外一種進行激光沖擊強化的途徑和方法。

另外，根據本實用新型實施例的激光沖擊強化裝置，還可具有如下附加的技術特征：

在本實用新型的一些實施例中，所述高重頻低能量激光器，工作頻率大于 100Hz，脈寬在ns級別，能量小于1J。工作頻率大于100Hz，既能達到激光沖擊強化的效果，又能提升工作效率。

在本實用新型的一些實施例中，所述導光裝置為光纖，所述光纖與聚焦裝置之間設有整形裝置，所述整形裝置與所述聚焦裝置一體化設置組成整形聚焦裝置。光纖傳輸相對于透鏡傳輸方式更加靈活性。透鏡傳輸激光，激光只能沿著直線傳輸，在激光加工領域，要求光束沿復雜路徑對工件進行加工操作時，很多時候實現不了，但是光纖就可以解決這個問題。

在本實用新型的一些實施例中，所述聚焦裝置安裝在運動夾持裝置上。運動夾持裝置在支撐聚焦裝置的同時，能使其在不同角度、方向上進行位置調整，使聚焦的光斑工作角度更加靈活。

在本實用新型的一些實施例中，所述金屬零件安裝在零件運動裝置上。零件運動裝置在固定金屬零件的同時，可以使金屬零件平移或旋轉。

在本實用新型的一些實施例中，所述約束層加載裝置采用水光一體式加載裝置。