[发明专利]一种水射流辅助激光加工的多因子实验装置及利用其的实验方法

说明书

本发明涉及一种水射流辅助激光加工的多因子实验装置及利用其的实验方法，上述实验装置包括激光发生组件，用于发生激光并调节辅助气体压力值；射流入射组件，用于发生水射流并调节水射流压力值；射流调节组件，用于夹持射流入射组件中的水射流枪，并用于调节水射流的偏移距离、靶距及入射角度，射流调节组件中的支架卡箍于激光发生组件上；以及监测组件，监测组件包括PLC及热像仪，热像仪、激光发生组件中的空压机及气压传感器、射流入射组件中的高压泵及液压传感器均与PLC电连接。本发明提供的实验装置可研究不同偏移距离、靶距、入射角度、喷嘴孔径、水射流压强、辅助气体压强等多因子参数下的工件切缝形貌，从而为后续根据工件切缝深、宽和质量要求反向选择对应工艺参数提供可能。

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，尤其涉及一种水射流辅助激光加工的多因子实验装置及利用其的实验方法。

背景技术

水射流辅助激光加工技术是通过相对激光束以较小的偏移距离旁轴施加水射流，从而实现对材料的去除和冷却。由于存在一定的偏移距离，实际作用在激光加工点的是一层流动的薄水膜，因而水膜的厚度、流速直接影响到材料的去除和冷却；同时，水膜的存在还会对激光产生影响，例如水膜会吸收一部分激光，造成激光强度的衰减；激光的焦点会在水层折射后发生偏离，而当激光强度达到一定程度时，水层会发生光学击穿，产生诱导等离子体，并进而进一步衰减激光强度。

综上所述，水膜对材料的去除和冷却以及其与激光的交互作用是研究水射流辅助激光加工机理的关键。

理论研究表明，水膜的厚度与射流的偏移距离、喷嘴孔径和入射角度有关，水膜的流速主要与射流压强和靶距有关，因此上述水射流工艺参数均需作为实验研究的因子。

此外，水射流入射方向与激光扫描方向相同、相反或垂直对于水射流辅助激光加工的影响同样值得深入研究。

最后，当水射流速度增大时水膜对激光的影响也增强，加工效果变差。此时需加入一定压力的辅助气体，将出光路径上的水雾去除，削弱水膜对激光的影响；而当辅助气体压力过大时，会破坏工件表面的水膜，减弱水膜对材料的去除和冷却效果，加工效果同样变差。因此辅助气体压力同样是必须考虑的因子之一。

目前，行业中并不存在可就如上参数开展研究的相关装置。

发明内容

针对上述问题，现提供一种水射流辅助激光加工的多因子实验装置及利用其的实验方法，旨在联动调节水射流的偏移距离、靶距、喷嘴孔径、入射角度、水射流压强、辅助气体压强以及水射流与激光扫描方向之间的角度，以实现多因子实验。

具体技术方案如下：

本发明的第一个方面是提供一种水射流辅助激光加工的多因子实验装置，具有这样的特征，包括：

激光发生组件，用于发生激光并调节辅助气体压力值；

射流入射组件，用于发生水射流并调节水射流压力值；

射流调节组件，用于夹持射流入射组件中的水射流枪，并用于调节水射流的偏移距离、靶距及入射角度，射流调节组件中的支架卡箍于激光发生组件上；以及

监测组件，用于在多因子加工参数下实时监测待加工工件表面的温度分布，监测组件包括PLC及热像仪，热像仪、激光发生组件中的空压机及气压传感器、射流入射组件中的高压泵及液压传感器均与PLC电连接。

上述的多因子实验装置，还具有这样的特征，激光发生组件还包括激光器，支架卡箍于激光器上，空压机的进气口与气压源连通，空压机的出气口通过气管与激光器内切割头连通，气压传感器的探头与气管连通。

上述的多因子实验装置，还具有这样的特征，激光发生组件还包括气体压力表，气体压力表安装于气管上。