[发明专利]一种随动式激光冲击强化处理装置

说明书

本申请公开了一种随动式激光冲击强化装置，其特征在于，所述装置包括光路输入模块、送带模块、调焦模块、喷水模块；所述光路输入模块的一端连接并引入光源，另一端与所述调焦模块连接且光路相通；所述调焦模块的另一端与所述喷水模块连接；所述送带模块包括电机、传动机构和吸收带，所述电机通过传动机构带动所述吸收带移动，所述吸收带穿过所述喷水模块喷出的水柱。其采用了随动式的吸收带输送方式，具有高次序、高效率进行激光冲击强化处理的优势。

技术领域

本发明属于材料加工领域，涉及激光冲击强化技术，具体地说是一种针对各种复杂形状工件表面进行的随动式激光冲击强化处理系统。

背景技术

激光冲击强化技术(Laser Shocking Peening，LSP)是利用高能量密度(GW/cm²量级)，短脉冲(10～30ns量级)脉冲激光冲击材料，在材料表面产生强烈的激光诱导等离子体。其爆破产生的GPa级冲击波作用于材料表面并向内部传播，使材料表面一定区域内产生塑性变形和复杂的位错结构，形成很大残余压应力，提高零件的疲劳强度和抗腐蚀能力。目前这一技术已广泛应用于机械制造工程、航空航天、微电子、国防、医疗等各行各业中。激光冲击强化技术是一种将强激光产生的超高压冲击波用于工件表面进行激光冲击强化处理的技术。目前，激光冲击强化技术已经在航空、船舶、机械工程等领域得到了广泛应用，尤其是用于飞机发动机叶片的抗疲劳处理。

现有的针对工件表面的激光冲击强化装置包括激光发生单元，位于工件表面的吸收保护层，以及位于吸收保护层表面的约束层。约束层的功能是让激光能量穿过并作用于吸收保护层，同时还要尽可能多地提供等离子体膨胀时的反作用力，提高冲击波耦合效率。目前普遍采用光学玻璃等固体材料作为约束层，或者采用水膜等柔性材料作为透明约束层。吸收保护层的主要作用是保护工件不被激光灼伤并增强对激光能量的吸收。目前普遍使用油漆、柔性胶带或一定厚度的金属箔片等作为吸收保护层。

在激光冲击强化过程中，为了抑制等离子体的自由扩散，得到更集中，更长作用时间的冲击波，通常会在激光加工区域添加一层约束层。常用的约束层材料有石英、玻璃、柔性膜和水等，其中水因为成本低、柔性好、不会因碎裂产生残渣、对复杂形状的零件表面适应性强等优点得到了最广泛的使用，但其有一个主要的缺点是水层的刚度不足，难以提供稳定的约束层。常规的激光冲击强化处理是采用在工件表面贴上金属箔片或黑色胶带或涂覆特种黑漆等形式，涂覆黑漆的优点是对各种不规则曲面贴合性良好，缺点是在喷涂后需要等待其干燥，然后才可以施加约束层进行冲击强化，生产效率低下；若采用铝箔贴层，则对倒角、不规则曲面的贴合性不好，影响强化质量。工件处理后，还需要想办法去除工件表面箔片或胶带或涂覆特种黑漆，费时费力，难以实现大规模、高效率生产应用，阻碍了产业化进程。

目前国内外发展方向是研制水溶性涂料，喷涂涂层后(前处理)无需干燥即可立即进行冲击强化，处理完之后可以使用高压水去除涂层(后处理)，同样存在加工效率不足问题。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供了一种光水同轴的随动式激光冲击强化装置及方法，其采用了随动式的吸收带输送方式，通过喷水模块喷出一定压力的水，将吸收带紧贴工件，随着电机的转动，激光冲击处理的同时输送吸收带，即可完成针对工件表面的激光冲击强化处理过程。由于本发明使用的吸收带不贴附于工件表面，且表面光洁及无其他污垢，因此不需要进行后处理即可完成激光冲击强化处理，具有高次序、高效率进行激光冲击强化处理的优势。

所述装置包括光路输入模块、送带模块、调焦模块、喷水模块；

所述光路输入模块的一端连接并引入光源，另一端与所述调焦模块连接且光路相通；所述调焦模块的另一端与所述喷水模块连接；所述送带模块包括电机、传动机构和吸收带，所述电机通过传动机构带动所述吸收带移动，所述吸收带穿过所述喷水模块喷出的水柱。