[发明专利]一种环形激光冲击强化紧固孔的方法和装置

权利要求书

1.一种环形激光冲击强化紧固孔的方法，其特征在于，将头部带有圆锥面的能量吸收杆（10）置于紧固孔内部适当位置，采用高功率环形激光脉冲（8）环绕能量吸收杆（10）头部圆锥面的尖顶部分，使能量吸收杆（10）头部圆锥面的尖顶部分激光束的中空部分，环形激光脉冲（8）作用在能量吸收杆（10）圆锥面诱导等离子体（17）爆炸产生冲击波，使其作用于紧固孔内壁。

2.根据权利要求1所述的环形激光冲击强化紧固孔装置的方法，其特征在于，具体步骤如下：

（A）根据需要强化的紧固孔的尺寸和孔轴配合原则，制作相应尺寸的头部为圆锥面的能量吸收杆（10），能量吸收杆（10）在孔内能够上下运动；

（B）将工件（9）和能量吸收杆（10）分别安装在两个进给机构上，将能量吸收杆（10）塞入需要强化的紧固孔中并调节能量吸收杆（10）与紧固孔的相对高度，然后调节两个进给机构，使能量吸收杆（10）的头部圆锥面调节到激光焦点光斑的位置；

（C）调节高功率脉冲激光器（2）参数，环形激光脉冲（8）参数，使参数满足试验要求；所述高功率脉冲激光器（2）参数包括：激光能量，激光脉宽；所述环形激光脉冲（8）参数包括：环形光斑内径，环形光斑外径； 

（D）喷射装置向紧固孔喷水，高功率脉冲激光器（2）输出的激光通过光斑调节装置（15）输出环形激光脉冲（8）作用在能量吸收杆（10）的圆锥面上，环形激光脉冲（8）在圆锥面上诱导的等离子体（17）爆炸产生的冲击波使能量吸收杆（10）的圆锥面所在紧固孔深度位置的孔壁得到强化；

（E）将紧固孔和能量吸收杆（10）向上或向下运动到一个新的位置，重复以上步骤，实现整个孔壁的强化。

3.根据权利要求1所述的环形激光冲击强化紧固孔装置的方法，其特征在于，所述高功率脉冲激光器（2）发出的激光脉宽为5ns～50ns，能量在0J～50J；光斑调节装置（15）调节的环形光斑内径为1mm～10mm，环形激光脉冲（8）环形部分外径为1mm～20mm。

4.一种实施权利要求1所述的环形激光冲击强化紧固孔方法的装置，其特征在于，包括高功率脉冲激光器（2），45°全反镜（3），光斑调节装置（15），能量吸收杆（10），进给机构A（11），夹具（12），进给机构B（13），工作台（14），导轨（20），步进电机（21），喷水装置；高功率脉冲激光器（2）出光处设有经过45°全反镜（3），45°全反镜（3）下方设有光斑调节装置（15），光斑调节装置（15）正对能量吸收杆（10）的锥面，能量吸收杆（10）下端安装在进给机构A（11）上，能量吸收杆（10）上端置于工件（9）的待强化孔内，工件（9）安装在夹具（12）上，夹具（12）安装在进给机构B（13）上，进给机构A（11）和进给机构B（13）安装于工作台（14）上。

5.根据权利要求4所述环形激光冲击强化紧固孔的装置，其特征在于，所述光斑调节装置（15）包括扩束镜（4）、会聚透镜（5）、圆锥透镜A（6）和圆锥透镜B（7），所述扩束镜（4）、会聚透镜（5）、圆锥透镜A（6）和圆锥透镜B（7）由上至下依次布置。

6.根据权利要求5所述环形激光冲击强化紧固孔的装置，其特征在于，还包括步进电机（21），所述步进电机（21）调节光斑调节装置（15）中的圆锥透镜A（6）与圆锥透镜B（7）的间距d₁（18），来调节环形激光脉冲（8）的内径；步进电机（21）调节圆锥透镜B（7）和能量吸收杆（10）头部圆锥面的间距d₂（19）来调节环形激光脉冲（8）外径。

7.根据权利要求4所述环形激光冲击强化紧固孔的装置，其特征在于还包括电脑（1），所述电脑（1）连接高功率脉冲激光器（2），所述工作台（14）与电脑（1）连接，所述步进电机（21）与电脑（1）连接。

8.根据权利要求4所述环形激光冲击强化紧固孔的装置，其特征在于，所述能量吸收杆（10）由对激光波长吸收率高的材料制作而成，头部圆锥面的角度为2a，0°< a <90°，能量吸收杆（10）外圆是与待加工紧固孔配合的圆柱面。