一种液态吸收层液态约束层的激光冲击处理方法和装置制造方法
【专利摘要】一种激光冲击强化的方法，采用悬浊液作为液态吸收层材料，并使用与液态吸收层材料互不混溶的另一种液态材料作为约束层，通过调整约束层和吸收层界面位置实现对工件内壁不同部位的冲击处理，实施该方法的装置包括激光发生器、液态约束层、垫块、托板、水槽、密封圈、顶杆、工作台、支架、工作台控制装置、液态吸收层、计算机和激光发生器控制装置，其中工件通过垫块安装在托板上，托板放置在水槽内，并通过顶杆连接在工作台上；顶杆穿过水槽下方开孔安装在工作台上；水槽通过支架安装在地面上，水槽下方开孔；工作台与工作台控制装置连接，工作台控制装置与计算机连接；激光发生器与激光发生器控制装置连接，激光发生器控制装置与计算机连接。
【专利说明】一种液态吸收层液态约束层的激光冲击处理方法和装置所属【技术领域】:
[0001]本发明涉及激光加工领域，特指一种基于激光冲击波技术的激光处理方法和装置，尤其适用于零件内壁的冲击处理。
【背景技术】:
[0002]激光冲击处理是利用强激光束辐照工件表面，工件表面材料吸收激光能量后气化、离化产生爆炸冲击波,冲击波向工件内部传播,使工件的激光辐照面产生微塑性变形，激光冲击处理结束后工件激光辐照面形成一层残余压应力层，可以提高工件表面的耐磨性和延长工件的疲劳寿命。
[0003]为了避免工件表面受激光烧蚀的影响，实际激光冲击处理过程中常在工件表面喷涂一层黑漆作为吸收层材料，一方面，吸收层材料的激光吸收率较高，可以提高激光冲击效果，另一方面，激光辐照时直接烧蚀吸收层材料而不是工件表面材料，同时吸收层还可以隔绝激光辐照对工件表面的热影响，起到保护工件的作用。
[0004]现有激光冲击强化处理技术只能对工件外表面进行处理，对于工件内壁的冲击处理必须使工件旋转一定角度或使激光头旋转一定角度，以便激光束能够辐照到内壁，这时激光束和被处理表面不垂直，激光能量分散，冲击效果较差，难以达到满意的冲击效果。
【发明内容】
:
[0005]本发明的目的是提供一种液态吸收层液态约束层的激光冲击处理方法和装置，尤其适用于深孔零件孔壁的冲击强化处理。
[0006]技术方案；原理是采`用悬浊液作为液态吸收层材料，并使用与液态吸收层材料互不混溶的另一种液态材料作为约束层，使其充满工件内部空腔，然后用激光束辐照液态吸收层材料，液态吸收层材料内的固态颗粒吸收激光能后发生气化、离化产生冲击波，冲击波驱动吸收层液体扩散对工件内壁进行冲击，使内壁表面发生微塑性变形形成压应力，从而使工件内孔壁得到强化。在此过程中，液态约束层使冲击波的强度得到提高、脉冲宽度得以延长，从而提闻冲击效果。
[0007]实施本发明的一种液态吸收层液态约束层的激光冲击处理，包括激光发生器、液态约束层、垫块、托板、水槽、密封圈、顶杆、工作台、支架、工作台控制装置、液态吸收层、计算机和激光发生器控制装置，工作台上面设置顶杆，顶杆穿过水槽底部的孔并伸入水槽内部，水槽底部孔内设有密封圈，密封圈与顶杆相连。顶杆与水槽孔紧密结合不渗漏溶液，在水槽内的顶杆上方设置托板，托板上方左右两侧放置垫块，垫块上放置需要处理的工件，在水槽内的下部倒入液态吸收层，其液面略低于工件的上表面，在液态吸收层上面倒入比重比液态吸收层轻的透明液态约束层，其液面高于工件的上表面，液态吸收层与液态约束层互不相溶，水槽通过支架安装在地面上，工作台控制装置与工作台及计算机相连，计算机还连接激光发生器控制装置，激光发生器控制装置与激光发生器相连。
[0008]所述一种液态吸收层液态约束层的激光冲击处理装置，其中的液态吸收层为含有黑色固体微细颗粒的悬浊液如墨汁、液态黑漆，其中固体物作为激光能量吸收物，用于吸收激光能量；
[0009]所述液态约束层为与液态吸收层互不混溶的透明液体，如吸收层为水与其他固体材料构成的悬浊液，则约束层可采用矿物油，如果吸收层采用黑色油漆等油类材料，则约束层可采用各种水溶液。
[0010]本发明的实施过程如下:
[0011]1.将工件安装在托板上，并在水槽内冲入吸收层液体，吸收层液体的液面略低于工件上表面；
[0012]2.在水槽中加入约束层液体，约束层液体深度约为3~8mm ;
[0013]3.调整工作台位置，使激光束光斑中心与待处理孔的中心重合；
[0014]4.计算机发出指令给激光发生器控制装置，激光发生器控制装置控制激光发生器按指令要求的激光参数发出激光脉冲；
[0015]5.激光束穿过液态约束层辐照到液态吸收层材料，液态吸收层材料中激光能量吸收物质吸收激光能量后 气化、离化发生爆炸，产生冲击波，约束层阻止吸收层气化物直接向大气中扩散，因而使冲击波的强度得到增加，脉冲宽度得以延长；
[0016]6.爆炸冲击波通过吸收层液体和约束层液体向工件内壁传播，使工件内壁材料发生局部微塑性变形，形成一定深度的压应力层，从而增加工件内表面的耐磨性能和延长疲劳寿命；
[0017]7.计算机发出指令给工作台控制装置控制工作台移动至另一个需冲击处理的孔的位置，然后发出指令给激光发生器控制装置控制激光发生器输出激光脉冲对另一个孔进行激光冲击处理。
[0018]8.当所有孔内壁都冲击完一次后，计算机输出指令给工作台控制装置控制工作台上升一定高度，工作台通过顶杆、托板、垫块将工件顶升起来，在工件内孔内，吸收层和约束层界面位置下降一定高度，如图2、3所示；
[0019]9.重复4~8的步骤，对工件内部的下一个深度位置的孔壁进行冲击强化处理；
[0020]10.重复4~9的步骤，直至整个工件内壁都冲击处理完成。
[0021]有益效果:实施本发明的激光冲击处理，通过液态吸收层和液态约束层传递冲击波，并通过提升工件位置，使约束层和吸收层界面位置下降，即可对工件不同深度位置的内壁进行冲击处理，无须工件倾斜旋转或激光头倾斜旋转，并且可对工件内壁激光无法辐照到的位置进行冲击处理。
【专利附图】
【附图说明】:
[0022]下面结合图1对本发明作进一步说明:
[0023]图1激光冲击装置结构图
[0024]图2初始液体界面位置示意图
[0025]图3液态界面位置下降示意图
[0026]1.激光发生器2.激光束3.工件4.液态约束层5.垫块6.托板7.水槽8.密封圈9.顶杆10.工作台11.支架12.工作台控制装置13.计算机14.激光发生器控制装置15.液态吸收层16.吸收层与约束层界面【具体实施方式】:
[0027]下面结合附图详细说明本发明提出的具体装置的细节和工作情况。
[0028]如图1所示，一种液态吸收层液态约束层的激光冲击处理，包括激光发生器1、液态约束层4、垫块5、托板6、水槽7、密封圈8、顶杆9、工作台10、支架11、工作台控制装置12、液态吸收层15、计算机13和激光发生器控制装置14，工作台10上面设置顶杆9，顶杆9穿过水槽7底部的孔并伸入水槽7内部，顶杆9与水槽7孔紧密结合不渗漏溶液，在水槽7内的顶杆9上方设置托板6，托板6上方左右两侧放置垫块5，垫块5上放置需要处理的工件3，在水槽7内的下部倒入液态吸收层15，其液面略低于工件3的上表面，在液态吸收层15上面倒入比重比液态吸收层轻的透明液态约束层4，其液面高于工件3的上表面，液态吸收层15与液态约束层4互不相溶，水槽7通过支架11安装在地面上，工作台控制装置12与工作台10及计算机13相连，计算机13还连接激光发生器控制装置14，激光发生器控制装置14与激光发生器I相连。
[0029]水槽7底部孔内设有密封圈8，密封圈8与顶杆9相连。
[0030]所述一种液态吸收层液态约束层的激光冲击处理装置，其中的液态吸收层15为含有黑色固体微细颗粒的悬浊液如墨汁、液态黑漆，其中固体物作为激光能量吸收物，用于吸收激光能量；
[0031]所述液态约束层4为与液态吸收层15互不混溶的透明液体，如吸收层15为水与其他固体材料构成的悬浊液，则约束层4可采用矿物油，如果吸收层15采用黑色油漆等油类材料，则约束层4可采用各种水溶液。
[0032]本发明的实施过程如下:
[0033]1.将工件3安装在托板6上，并在水槽7内加入吸收层液体15，吸收层液体15的液面略低于工件3的上表面；
[0034]2.在水槽7中加入约束层液体4，约束层液体4的深度约为3~8mm ;
[0035]3.调整工作台10的位置，使激光束光斑中心与待处理孔的中心重合；
[0036]4.计算机13发出指令给激光发生器控制装置14，激光发生器控制装置14控制激光发生器I按指令要求的激光参数发出激光脉冲；
[0037]5.激光束2穿过液态约束层4辐照到液态吸收层材料15，液态吸收层材料15中激光能量吸收物质吸收激光能量后气化、离化发生爆炸，产生冲击波，约束层4阻止吸收层气化物直接向大气中扩散，因而使冲击波的强度得到增加，脉冲宽度得以延长；
[0038]6.爆炸冲击波通过吸收层液体15和约束层液体4向工件3内壁传播，使工件3内壁材料发生局部微塑性变形，形成一定深度的压应力层，从而增加工件3内表面的耐磨性能和延长疲劳寿命；
[0039]7.计算机13发出指令给工作台控制装置12控制工作台10移动至另一个需冲击处理的孔的位置，然后发出指令给激光发生器控制装置14控制激光发生器I输出激光脉冲对另一个孔进行激光冲击处理。
[0040]8.当所有孔内壁都冲击完一次后，计算机13输出指令给工作台控制装置12控制工作台10上升一定高度，工作台10通过顶杆9、托板6、垫块5将工件3顶升起来，在工件3内孔内，吸收层15和约束层4的界面16的位置下降一定高度，如图2、3所示；[0041]9.重复4~8的步骤，对工件内部的下一个深度位置的孔壁进行冲击强化处理；
[0042]10.重复4~9的步 骤，直至整个工件3内壁都冲击处理完成。
【权利要求】
1.一种液态吸收层液态约束层的激光冲击处理装置，包括激光发生器(I)、液态约束层(4)、垫块(5)、托板(6)、水槽(7)、密封圈(8)、顶杆(9)、工作台(10)、支架(11)、工作台控制装置(12)、液态吸收层(15)、计算机(13)和激光发生器控制装置(14)，工作台(10)上面设置顶杆(9)，顶杆(9)穿过水槽(7)底部的孔并伸入水槽(7)内部，顶杆(9)与水槽(7)孔紧密结合不渗漏溶液，在水槽(7)内的顶杆(9)上方设置托板(6)，托板(6)上方左右两侧放置垫块(5)，垫块(5)上放置需要处理的工件(3)，在水槽(7)内的下部倒入液态吸收层(15)，其液面略低于工件(3)的上表面，在液态吸收层(15)上面倒入比重比液态吸收层(15)轻的透明液态约束层(4)，其液面高于工件(3)的上表面，液态吸收层(15)与液态约束层(4)互不相溶，水槽(7)通过支架(11)安装在地面上，工作台控制装置(12)与工作台(10)及计算机(13)相连，计算机(13)还连接激光发生器控制装置(14)，激光发生器控制装置(14)与激光发生器(I)相连。
2.根据权利要求1所述的液态吸收层液态约束层的激光冲击处理，其特征在于，水槽(7)底部孔内设有密封圈(8)，密封圈(8)与顶杆(9)相连。
3.根据权利要求1或2所述的液态吸收层液态约束层的激光冲击处理，其特征在于，液态吸收层(15)为含有黑色固体微细颗粒的悬浊液。
4.根据权利要求1或2所述的液态吸收层液态约束层的激光冲击处理，其特征在于，吸收层(15)为水与其他固体材料构成的悬浊液，约束层(4)为矿物油。
5.根据权利要求1或2所述的液态吸收层液态约束层的激光冲击处理，其特征在于，吸收层(15)为黑色油类，约束层(4)为各种水溶液。
6.—种液态吸收层液态约束层的激光冲击处理方法,其特征在于，用权利要求1至5任一项的液态吸收层液态约束层的激光冲击处理来实现，通过调整两种液体界面的位置实现对工件内壁不同部位的冲击处理。
7.根据权利要求6所述的液态吸收层液态约束层的激光冲击处理方法，其特征在于，具体过程如下: (1)将工件(3)安装在托板(6)上，并在水槽(7)内加入吸收层液体(15)，吸收层液体(15)的液面略低于工件(3)的上表面； (2)在水槽(7)中加入约束层液体(4)，约束层液体(4)的深度为3~8mm; (3)调整工作台(10)的位置，使激光束光斑中心与待处理孔的中心重合； (4)计算机(13)发出指令给激光发生器控制装置(14)，激光发生器控制装置(14)控制激光发生器(I)按指令要求的激光参数发出激光脉冲； (5)激光束(2)穿过液态约束层(4)辐照到液态吸收层材料(15)，液态吸收层材料(15)中激光能量吸收物质吸收激光能量后气化、离化发生爆炸，产生冲击波，约束层(4)阻止吸收层气化物直接向大气中扩散，因而使冲击波的强度得到增加，脉冲宽度得以延长； (6)爆炸冲击波通过吸收层液体(15)和约束层液体(4)向工件(3)内壁传播，使工件(3)内壁材料发生局部微塑性变形，形成一定深度的压应力层，从而增加工件(3)内表面的耐磨性能和延长疲劳寿命； (7)计算机(13)发出指令给工作台控制装置(12)控制工作台(10)移动至另一个需冲击处理的孔的位置，然后发出指令给激光发生器控制装置(14)控制激光发生器I输出激光脉冲对另一个孔进行激光冲击处理。(8)当所有孔内壁都冲击完一次后，计算机(13)输出指令给工作台控制装置(12)控制工作台(10)上升一定高度，工作台(10)通过顶杆(9)、托板(6)、垫块(5)将工件(3)顶升起来，在工件(3)内孔内，吸收层(15)和约束层(4)的界面(16)的位置下降一定高度； (9)重复(4)~(8)的步骤，对工件内部的下一个深度位置的孔壁进行冲击强化处理； (10)重复(4)~(9 )的步骤，直至整个工件(3)内壁都冲击处理完成。
【文档编号】C21D7/00GK103710493SQ201310719015
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月23日 优先权日:2013年12月23日
【发明者】顾永玉, 张永康, 冯爱新, 肖爱民 申请人:江苏大学