CN100335227C - 一种激光冲击复合约束层 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及机械制造与激光应用技术领域，本发明由复合约束体及其上的吸附装置和卸荷口组成，复合约束体是由座板、压紧螺母、密封圈、玻璃约束层以及由流水经进水咀和出水咀依次连接组成的。卸荷口设置在流水约束层内壁，复合约束层装置通过4个吸附装置及密封圈与试件连接成一体，吸附装置由推板、弹簧、活塞杆、活塞、活塞环、排气口及密封圈依次连接组成，其作用是将复合约束层装置与试件紧密连接起来，并保证在激光冲击时不分开。本发明将玻璃约束层与流水约束层复合起来，外部是玻璃约束层，具有刚性好、增效效应显著的优点，内部是流水约束层，具有柔性好、易于实现多点和多次连续冲击的优点。

Description

一种激光冲击复合约束层
技术领域
本发明涉及机械制造与激光应用技术领域，特指一种激光冲击复合约束层。
背景技术
自20世纪60年代激光器问世以来，激光技术得到了迅速的发展与应用，激光冲击波技术、激光切割技术、激光焊接技术、激光打标技术、激光熔覆技术、激光检测技术等激光应用技术目前广泛应用于机械工程、航空航天、微电子、军事等各行各业中。
激光冲击波的产生是高功率密度的强激光与物质进行相互作用，在极短的时间内(通常为ns量级)对物质表面进行加热使其迅速突然汽化而形成高压等离子体，从而形成冲击波。利用激光冲击波现象进行各种工程应用的技术即为激光冲击波技术，例如激光冲击强化、激光冲击层裂技术、激光冲击成型技术等等。
约束层对激光冲击波现象具有增效作用，是产生较明显激光冲击波效应的重要手段，是激光冲击波得以工程应用的关键和前提条件。
目前所采用的约束层通常有水玻璃、玻璃、流水以及柔性贴膜等。美国专利US5744781“激光冲击处理的方法和装置”和US5741559“激光喷丸工艺和装置”中采用流水作为约束层，发明专利ZL02138338.3公开了一种用于激光冲击处理的柔性贴膜。目前应用较为广泛的有玻璃约束层和流水约束层。
玻璃的增效效应显著，但目前无法应用于多点和多次连续冲击(尤其是无法应用于激光冲击成形的多次冲击)，并且应用于非平面试件表面激光冲击较为困难，另外，激光冲击时，飞溅出的破碎玻璃极易损伤聚焦镜片和操作者。
流水约束层，柔性好，不会损伤镜片和操纵者，安全性能好，易于实现多点和多次连续冲击，但其增压效应较差，另外，冲击时，飞溅的流水约束层容易污染聚焦镜，必须在每次冲击完后进行聚焦镜清理，无法实现连续激光冲击。
发明内容
本发明针对玻璃约束层和流水约束层在应用过程中存在的问题，提出一种激光冲击复合约束层。
本发明由复合约束体及其上的吸附装置和卸荷口组成，复合约束体是由座板、压紧螺母、密封圈、玻璃约束层以及由流水经进水咀和出水咀依次连接组成的。卸荷口设置在流水约束层内壁，复合约束层装置通过4个吸附装置及密封圈与试件连接成一体，吸附装置由推板、弹簧、活塞杆、活塞、活塞环、排气口及密封圈依次连接组成，其作用是将复合约束层装置与试件紧密连接起来，并保证在激光冲击时不分开。
为了减少激光通过玻璃约束层的能量损失，在玻璃约束层两面镀有增透膜，增透膜材料因所采用的激光波长而定，增透膜的厚度控制在1～3μm。
卸荷口是由调压旋钮、密封压盖、密封环、弹簧、出水口、卸荷钢球、密封圈、进水口依次连接而成。调节调压旋钮可控制卸荷压力，使得当激光冲击压力接近玻璃约束层的破环阈值时，卸荷钢球开启，减缓冲击压力，保证冲击过程中玻璃约束层不破坏，避免产生约束层飞溅现象而损伤镜片和操纵者，提高约束层的安全性能。
排气口由密封圈和气阀连接而成。气阀由手柄阀杆、密封压盖、密封圈、堵头、中空钢球、阀座依次连接而成，其作用是：在安装排气使复合约束层装置吸附于工件上，在拆卸时进气使复合约束层装置从工件上松开。
在进行激光冲击时，将该复合约束层吸附于工件表面，激光束依次通过外层的玻璃约束层和内层的流水约束层作用于试件表面的能量吸收层，激光在极短的时间内(通常为ns量级)对能量吸收层进行加热使其迅速突然汽化而形成高压等离子体。柔性流水约束层使高压等离子体在紧贴试件表面处产生，刚性玻璃约束层使高压等离子体保持高压力下急剧膨胀产生冲击波，从而以较大的冲击压力对试件表面进行冲击加工与处理。
本发明将玻璃约束层与流水约束层复合起来，外部是玻璃约束层，具有刚性好、增效效应显著的优点，内部是流水约束层，具有柔性好、易于实现多点和多次连续冲击的优点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图
图2是图1的俯视图
图3是排气口结构的局部放大图
图4是卸荷口结构的局部放大图
(1)试样  (2)卸荷口  (3)座板  (4)压紧螺母  (5)密封圈  (6)玻璃约束层(7)弹簧  (8)活塞杆  (9)推板  (10)排气口  (11)活塞环  (12)活塞(13)密封圈  (14)密封圈  (15)吸附装置  (16)进水咀  (17)出水咀(18)密封圈  (19)手柄阀杆  (20)密封压盖  (21)密封圈  (22)堵头(23)中空钢球  (24)阀座  (25)调压旋钮  (26)密封压盖  (27)密封环(28)弹簧  (29)出水口  (30)卸荷钢球  (31)密封圈  (32)进水口
具体实施方式
本发明由复合约束体及其上的吸附装置15和卸荷口2组成，复合约束体是由座板3、压紧螺母4、密封圈5、玻璃约束层6以及由流水经进水咀16和出水咀17依次连接组成的。卸荷口2设置在流水约束层内壁，复合约束层装置通过4个吸附装置15及密封圈14与试件连接成一体，吸附装置15由推板9、弹簧7、活塞杆8、活塞12、活塞环11、排气口10及密封圈13依次连接组成，其作用是将复合约束层装置与试件紧密连接起来，并保证在激光冲击时不分开。
依此将密封圈5和玻璃约束层6装入座板3，压紧螺母4。在进行激光冲击时，将约束层装置压在试件表面，打开手柄阀杆19，压下推板9，通过活塞杆8推动经活塞环11密封了的活塞12将吸附装置内的气体从排气口10排出，并立即关闭手柄阀杆19，接触面通过密封圈13、14接触紧密，密封均匀，然后松开推板，使约束层装置牢固地吸附在试件表面上；在约束层装置的进水咀16和出水咀17接通水，形成流水约束层。
卸荷口是由调压旋钮25、密封压盖26、密封环27、弹簧28、出水口29、卸荷钢球30、密封圈31、进水口32依次连接而成。调节调压旋钮25可控制卸荷压力，使得当激光冲击压力接近玻璃约束层的破环阈值时，卸荷钢球30开启，减缓冲击压力，保证冲击过程中玻璃约束层不破环，避免产生约束层飞溅现象而损伤镜片和操纵者，提高约束层的安全性能。
排气口10由密封圈18和气阀连接而成。气阀由手柄阀杆19、密封压盖20、密封圈21、堵头22、中空钢球23、阀座24依次连接而成，其作用是：在安装排气使复合约束层装置吸附于工件上，在拆卸时进气使复合约束层装置从工件上松开。
激光束依次通过外层的玻璃约束层和内层的流水约束层作用于试件表面的能量吸收层，激光在极短的时间内(通常为ns量级)对能量吸收层进行加热使其迅速突然汽化而形成高压等离子体。柔性流水约束层使高压等离子体在紧贴试件表面处产生，刚性玻璃约束层使高压等离子体保持高压力下急剧膨胀产生冲击波，从而以较大的冲击压力对试件表面进行冲击加工与处理。
为防止冲击波压力过大而损坏玻璃约束层，在流水约束层内壁设置了卸荷口2，调节调压旋钮25，设定卸荷压力，当内部压力接近设定压力时，顶开卸荷口，流水经进水口32流经钢球，最后从出水口29流出，进行卸荷。

Claims (4)

1.一种激光冲击复合约束层，其特征是由复合约束体及其上的吸附装置(15)和卸荷口(2)组成，复合约束体是由座板(3)、压紧螺母(4)、密封圈(5)、玻璃约束层(6)以及由流水经进水咀(16)和出水咀(17)依次连接组成的；卸荷口(2)设置在流水约束层内壁，吸附装置(15)由推板(9)、弹簧(7)、活塞杆(8)、活塞(12)、活塞环(11)、排气口(10)及密封圈(13)依次连接组成，复合约束层装置通过4个吸附装置(15)及密封圈(14)与试件连接成一体。
2.根据权利要求1所述的激光冲击复合约束层，其特征在于在玻璃约束层两面镀有增透膜，增透膜材料因所采用的激光波长而定，增透膜的厚度控制在1～3μm。
3.根据权利要求1所述的激光冲击复合约束层，其特征在于卸荷口(2)是由调压旋钮(25)、密封压盖(26)、密封环(27)、弹簧(28)、出水口(29)、卸荷钢球(30)、密封圈(31)、进水口(32)依次连接而成。
4.根据权利要求1所述的激光冲击复合约束层，其特征在于排气口(10)由密封圈(18)和气阀连接而成；气阀由手柄阀杆(19)、密封压盖(20)、密封圈(21)、堵头(22)、中空钢球(23)、阀座(24)依次连接而成。
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