[發明專利]一種基于水導激光的金屬表面淬火系統及方法

在審

• 申請號: 202011625046.4
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112831629A
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 龍芋宏;黃平;周遼;焦輝;黃宇星;梁恩;張光輝;張振杰
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: C21D1/09
• 分類號: C21D1/09
• 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

1.一種基于水導激光的金屬表面淬火系統，包括激光器(1)、光路系統(2)、激光耦合裝置(3)，其特征在于：

所述光路系統(2)、激光耦合裝置(3)沿激光的傳輸方向依次同軸設置；所述光路系統(2)包括上下放置擴束鏡組(21)和聚焦凸透鏡(22)，擴束鏡組(21)包括上部的凹透鏡(211)和下部的凸透鏡(212)，各透鏡通過三軸旋轉鏡架定位；所述激光耦合裝置(3)包括耦合腔(31)，以及分別設于耦合腔(31)上下兩端的光學窗口(32)、噴嘴(33)，光學窗口(32)與噴嘴(33)上下對應；

還包括工作臺單元(4)和高壓供液系統(5)，所述工作臺單元(4)包括可X/Y/Z向移動的工作臺(41)，安裝于工作臺(41)上可放置工件(6)的水槽(42)；所述高壓供液系統(5)的進水端連接至水槽(42)，出水端連接至耦合腔(31)輸出無級調壓高壓水流。

2.根據權利要求1所述的一種基于水導激光的金屬表面淬火系統，其特征在于：所述高壓供液系統(5)包括由水箱(51)、吸水泵(52)、蓄能器I(53)、壓力計(54)、流量計(55)，壓力計(54)依次連接構成的主供液回路，所屬主供液回路的出水管路連接至耦合腔(31)輸出穩定的高壓水流，進水管路連接至水槽(42)；

所述壓力計(54)的出水口與水箱(51)之間設置溢流閥(56)構成調壓回路。

3.根據權利要求2所述的一種基于水導激光的金屬表面淬火系統，其特征在于：所述吸水泵(52)與蓄能器I(53)之間并聯設有增壓回路(57)，所述增壓回路(57)包括依次設置的葉片泵(571)、蓄能器II(572)、電磁換向閥(573)、雙作用增壓缸(574)，葉片泵(571)的進水端、電磁換向閥(573)的回水端連接至水箱(51)。

4.根據權利要求2所述的一種基于水導激光的金屬表面淬火系統，其特征在于：所述出水管路和進水管路均設有高精密過濾器(58)。

5.根據權利要求1所述的一種基于水導激光的金屬表面淬火系統，其特征在于：所述噴嘴(33)螺紋可拆卸連接于耦合腔(31)底部，噴嘴(33)采用具有較好反射性能的藍寶石或工具鋼制作。

6.根據權利要求1所述的一種基于水導激光的金屬表面淬火系統，其特征在于：所述工作臺(41)包括從上至下疊加的X軸滑臺、Y軸滑臺和Z軸滑臺，水槽(42)固接于X軸滑臺的滑動端隨其滑動，各軸滑臺采用絲桿滑臺機構，滑臺電機通過控制單元驅動。

7.一種基于水導激光的金屬表面淬火方法，其特征在于：包括權利要求1～5中任何一項所述一種基于水導激光的金屬表面淬火裝置，包括以下步驟：

S1：將工件裝夾固定于工作臺單元(4)的水槽(42)上。

S2：打開高壓供液系統(5)輸出無級調壓高壓水流，高壓水流經耦合腔(31)形成穩定薄水層，并由噴嘴(33)射出穩定水束。

S3：待水束穩定后，打開激光器(1)輸出0-1w的低功率激光，確定光液是否耦合成功，若未耦合成功，調整光路系統(2)直至耦合成功。

S4：關掉激光器(1)，調整工作臺Z向位移，使工件到達穩定水束的工作距離，調節X向位移和Y向位移，使水束到達熱處理的工作位。

S5：在10w～500w中選擇合適的熱處理高功率激光，打開激光器(1)輸出高功率激光，光束經過耦合腔(31)內形成的薄液層到達噴嘴口，在滿足全反射耦合條件后，隨著穩定水束到達工件表面。

S6：通過控制單元控制工作臺單元(4)的X向和Y向位移，以100mm/s～800mm/s的掃描速度移動，直至熱處理完待處理表面。

S7：關掉激光器(1)，再關掉高壓液壓系統(5)，待工件完全冷卻后取出工件。

S8：通過控制單元，將工作臺單元(4)回到初始工作位。