[发明专利]激光超声加工非透明材料内部的方法

说明书

本发明公开了一种激光超声加工非透明材料内部的方法，将非透明材料置于超声阵列悬浮装置和激光阵列中，调整激光阵列入射的角度和超声相控阵的相位，控制聚焦点位置，使其在非透明材料内部移动，形成非透明材料内部孤立子运动轨迹，实现动态加工非透明材料的内部结构。本发明可以加工非透明固体材料，与激光加工相比，本发明适用范围更广，加工材料种类更多。本发明可以直接加工材料内部，可以极大的提高材料利用率和成形能力。

技术领域

本发明适用于材料加工技术领域，具体涉及激光超声阵列操控声孤立子在非透明材料内部加工的方法。

背景技术

当前的加工成形工艺，无论是传统的铸造成形、锻造成形、切削或是特种加工成形，他们都有一个共同的特点，加工工具都被置于被加工材料的外部，都只与被加工材料的表面相互作用，用于加工成形的能量也是从表面传给被加工的坯料，而内加工的方法可以让金属零件内部加工出各种内部结构，而不伤及表面。

随着科学技术和现代工业的发展，内加工技术对工业发展愈显得重要，而内加工能够在坯料中直接进行零件的三维体规划，提高了材料的加工多样性，改变了对传统加工的工艺路线。

由于激光超声在非透明材料中具有优越的穿透性能，为了推进激光超声在非透明材料黑色系金属坯料内部聚焦加工技术发展，基于此，应用激光超声阵列聚焦技术，提出了加工非透明材料内部结构的方法。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种激光超声加工非透明材料的方法，用于加工非透明的金属材料，在非透明材料内部完成成形加工。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：激光超声加工非透明材料内部的方法，将非透明材料置于超声阵列悬浮装置和激光阵列中，调整激光阵列入射的角度和超声相控阵的相位，控制聚焦点位置，使其在非透明材料内部移动，形成非透明材料内部孤立子运动轨迹，实现动态加工非透明材料的内部结构。

所述超声阵列悬浮装置和激光阵列采用激光超声阵列和超声阵列组成建立2D正交超声驻波场，将激光超声阵列单元叠加在超声驻波发射、反射端面，形成高低频复合场。

所述超声阵列悬浮装置包括上下对称为超声阵列发射器和接收器。

所述激光阵列为多束激光超声阵列，下端的超声相控阵凹面聚焦阵元、上端的超声反射端、左右的多束激光超声阵列组成“Y”形聚焦光束。

所述激光超声阵列为4束调制飞秒激光阵列。

所述非透明材料位于温控区内。

所述温控区保持材料表面温度控制在80℃。

所述非透明材料采用锡铋合金。

所述超声阵列悬浮装置形成高频超声驻波悬浮。

所述激光阵列形成飞秒激光超声阵列。

本发明与现有加工方法相比，具有以下优点：

1、本发明可以加工非透明固体材料，与激光加工相比，本发明适用范围更广，加工材料种类更多。

2、本发明可以直接加工材料内部，可以极大的提高材料利用率和成形能力。

3、本发明能够直接在坯料中直接进行三维立体规划，能够将能量集中到材料内部，不必用从外层逐级向零件内部逼近，大大提高加工效率。

4、本发明通过温控平台使材料的温度在控制范围内浮动。

5、本发明提出新型材料的加工方法，即声孤立子加工材料内部。

附图说明

图1是本发明整体装置结构示意图

图2是超声相控阵控制非透明材料悬浮示意图