光水同轴的激光冲击强化喷头的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种光水同轴的激光冲击强化喷头，包括水喷头、下保护镜座、进水管、下保护镜片和出水口，下保护镜座上端连接调焦系统，下端设有下保护镜片，水喷头位于下保护镜座下端的外围，水喷头与下保护镜座连接部分密封，水喷头能够沿下保护镜座上下移动，水喷头与下保护镜座之间形成腔体，水喷头设有进水管和出水口，通过进水管，水进入腔体，通过出水口，水喷出至工件的吸收层。本发明可实现光水同轴，对冲击强化过程中产生的等离子体进行约束，加工更加灵活，适应性更强。本发明可通过水喷头的上下移动来调节出水口与光束聚集点之间的距离，进而实现水柱长度的调节来匹配不同的工艺需求。
【专利说明】光水同轴的激光冲击强化喷头
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光水同轴的激光冲击强化喷头，属于激光冲击强化【技术领域】。
【背景技术】
[0002]激光冲击强化技术，也称激光喷丸技术。是高功率密度(GW/cm2量级)、短脉冲(10~30ns量级)的激光通过透明约束层作用于金属表面所涂覆的能量吸收涂层时，涂层吸收激光能量迅速气化几乎同时形成大量稠密的高温O10K)、高压OlGPa)等离子体。该等离子体继续吸收激光能量急剧升温膨胀，然后爆炸形成高强度冲击波作用于金属表面。当冲击波的峰值压力超过材料的动态屈服强度时，材料发生塑性变形并在表层产生平行于材料表面的拉应力。激光作用结束后，由于冲击区域周围材料的反作用，其力学效应表现为材料表面获得较高的残余压应力。残余压应力会降低交变载荷中的拉应力水平，使平均应力水平下降，从而提高疲劳裂纹萌生寿命。同时残余压应力的存在，可引起裂纹的闭合效应，从而有效降低疲劳裂纹扩展的驱动力，延长疲劳裂纹扩展寿命。
[0003]激光冲击处理加工过程中，激光需要通过作为约束层的水层到达吸收层，激光能量被吸收层吸收产生高温高压等离子体，进而产生冲击波。连续激光冲击处理时，约束层的平整性影响激光冲击处理能否实施或者能否连续。
[0004]现有的水约束层实现方式有两种:一种是将零件放置在水箱里，进行水下加工；另一种是通过外置的一根圆形水管在零件表面形成厚度约为2-3毫米的流动水幕。当需要处理的区域空间狭小或者表面不平整时，上述两种方法就有很大的局限性，不能很好地形成约束层。第一种方法的缺陷是加工系统不够灵活，加工范围受到水箱尺寸的限制，而且每次冲击后需等待水面平复，加工效率较低。后一种方法水层厚度不易控制，水幕偏置于激光一侧，而且其落点距激 光光束需要一定距离，因此在处理某些形状的零件时，可能难以达到激光束和水幕的最佳配合点。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为了解决水幕的落点和激光光束不在同一点或不能达到最佳配合的位置的技术问题，提出一种光水同轴的激光冲击强化喷头。
[0006]一种光水同轴的激光冲击强化喷头，包括水喷头、下保护镜座、进水管、下保护镜片和出水口；
[0007]下保护镜座上端连接调焦系统，下端设有下保护镜片，水喷头位于下保护镜座下端的外围，水喷头与下保护镜座连接部分密封，水喷头能够沿下保护镜座上下移动，水喷头与下保护镜座之间形成腔体，水喷头设有进水管和出水口，通过进水管，水进入腔体，通过出水口，水喷出至工件的吸收层。
[0008]本发明的优点在于:
[0009](I)本发明可实现光水同轴，对冲击强化过程中产生的等离子体进行约束，加工更加灵活，适应性更强；[0010](2)本发明可通过水喷头的上下移动来调节出水口与光束聚集点之间的距离，进而实现水柱长度的调节来匹配不同的工艺需求；
[0011](3)本发明可通过调整水的流态和焦点位置，利用水柱的全反射约束来整形激光光束。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是本发明光水同轴的激光冲击强化喷头的剖视图。
[0013]图中:
[0014]1-工件 2-吸收层 3-旋转动密封
[0015]4-水喷头5-下保护镜座6-激光
[0016]7-进水管8-下保护镜片9-出水口
【具体实施方式】
[0017]下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0018]本发明是一种光水同轴的激光冲击强化喷头，如图1所示，包括水喷头4、下保护镜座5、进水管7、下保护镜片8和出水口 9。
[0019]下保护镜座5上端连接调焦系统，下端设有下保护镜片8，水喷头4位于下保护镜座5下端的外围，水喷头4与下保护镜座5通过螺纹连接，水喷头4能够沿下保护镜座5上下移动，螺纹部分通过旋转动密封3进行密封，水喷头4与下保护镜座5之间形成腔体，水喷头4设有进水管7和出水口 9，通过进水管7，水进入腔体，通过出水口 9喷出至工件I的吸收层2上。
[0020]其中，水喷头4可以实现上下高度的调节，下保护镜座5的外侧以及水喷头4的内侧具有螺纹，可以旋转水喷头4进而实现其上下高度的调节，而且在水喷头4和下保护镜座5啮合的部位装有旋转动密封，以防止水泄露。
[0021]工作过程:
[0022]下保护镜座5连接上一级的调焦系统，调节好的激光6经过调焦系统后进入下保护镜座5，通过下保护镜片8冲击到覆有吸收层2的工件I上。水通过进水口 7进入到喷头的腔体内，再由出水口 9喷出至工件I的吸收层2上，其中，激光与水为同轴设置。
【权利要求】
1.一种光水同轴的激光冲击强化喷头，包括水喷头、下保护镜座、进水管、下保护镜片和出水口 ； 下保护镜座上端连接调焦系统，下端设有下保护镜片，水喷头位于下保护镜座下端的外围，水喷头与下保护镜座连接部分密封，水喷头能够沿下保护镜座上下移动，水喷头与下保护镜座之间形成腔体，水喷头设有进水管和出水口，通过进水管，水进入腔体，通过出水口，水喷出至工件的吸收层。
2.根据权利要求1所述的一种光水同轴的激光冲击强化喷头，所述的水喷头与下保护镜座通过螺纹连接，螺纹部分进行旋转动密封。
3.根据权利要求1所述的一种光水同轴的激光冲击强化喷头，所述的出水口与下保护镜片同轴。`
【文档编号】C21D10/00GK103484654SQ201310431659
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月22日 优先权日:2013年9月22日
【发明者】朱颖, 黄帅, 康慧, 曲平 申请人:北京航空航天大学