專利名稱：一種激光沖擊復(fù)合約束層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機械制造與激光應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特指一種激光沖擊復(fù)合約束層。
背景技術(shù)：
自20世紀(jì)60年代激光器問世以來，激光技術(shù)得到了迅速的發(fā)展與應(yīng)用，激光沖擊波技術(shù)、激光切割技術(shù)、激光焊接技術(shù)、激光打標(biāo)技術(shù)、激光熔覆技術(shù)、激光檢測技術(shù)等激光應(yīng)用技術(shù)目前廣泛應(yīng)用于機械工程、航空航天、微電子、軍事等各行各業(yè)中。
激光沖擊波的產(chǎn)生是高功率密度的強激光與物質(zhì)進行相互作用，在極短的時間內(nèi)(通常為ns量級)對物質(zhì)表面進行加熱使其迅速突然汽化而形成高壓等離子體，從而形成沖擊波。利用激光沖擊波現(xiàn)象進行各種工程應(yīng)用的技術(shù)即為激光沖擊波技術(shù)，例如激光沖擊強化、激光沖擊層裂技術(shù)、激光沖擊成型技術(shù)等等。
約束層對激光沖擊波現(xiàn)象具有增效作用，是產(chǎn)生較明顯激光沖擊波效應(yīng)的重要手段，是激光沖擊波得以工程應(yīng)用的關(guān)鍵和前提條件。
目前所采用的約束層通常有水玻璃、玻璃、流水以及柔性貼膜等。美國專利US5744781“激光沖擊處理的方法和裝置”和US5741559“激光噴丸工藝和裝置”中采用流水作為約束層，發(fā)明專利ZL02138338.3公開了一種用于激光沖擊處理的柔性貼膜。目前應(yīng)用較為廣泛的有玻璃約束層和流水約束層。
玻璃的增效效應(yīng)顯著，但目前無法應(yīng)用于多點和多次連續(xù)沖擊(尤其是無法應(yīng)用于激光沖擊成形的多次沖擊)，并且應(yīng)用于非平面試件表面激光沖擊較為困難，另外，激光沖擊時，飛濺出的破碎玻璃極易損傷聚焦鏡片和操作者。
流水約束層，柔性好，不會損傷鏡片和操縱者，安全性能好，易于實現(xiàn)多點和多次連續(xù)沖擊，但其增壓效應(yīng)較差，另外，沖擊時，飛濺的流水約束層容易污染聚焦鏡，必須在每次沖擊完后進行聚焦鏡清理，無法實現(xiàn)連續(xù)激光沖擊。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對玻璃約束層和流水約束層在應(yīng)用過程中存在的問題，提出一種激光沖擊復(fù)合約束層。
本發(fā)明由復(fù)合約束體及其上的吸附裝置和卸荷口組成，復(fù)合約束體是由座板、壓緊螺母、密封圈、玻璃約束層以及由流水經(jīng)進水咀和出水咀依次連接組成的。卸荷口設(shè)置在流水約束層內(nèi)壁，復(fù)合約束層裝置通過4個吸附裝置及密封圈與試件連接成一體，吸附裝置由推板、彈簧、活塞桿、活塞、活塞環(huán)、排氣口及密封圈依次連接組成，其作用是將復(fù)合約束層裝置與試件緊密連接起來，并保證在激光沖擊時不分開。
為了減少激光通過玻璃約束層的能量損失，在玻璃約束層兩面鍍有增透膜，增透膜材料因所采用的激光波長而定，增透膜的厚度控制在1～3μm。
卸荷口是由調(diào)壓旋鈕、密封壓蓋、密封環(huán)、彈簧、出水口、卸荷鋼球、密封圈、進水口依次連接而成。調(diào)節(jié)調(diào)壓旋鈕可控制卸荷壓力，使得當(dāng)激光沖擊壓力接近玻璃約束層的破環(huán)閾值時，卸荷鋼球開啟，減緩沖擊壓力，保證沖擊過程中玻璃約束層不破壞，避免產(chǎn)生約束層飛濺現(xiàn)象而損傷鏡片和操縱者，提高約束層的安全性能。
排氣口由密封圈和氣閥連接而成。氣閥由手柄閥桿、密封壓蓋、密封圈、堵頭、中空鋼球、閥座依次連接而成，其作用是在安裝排氣使復(fù)合約束層裝置吸附于工件上，在拆卸時進氣使復(fù)合約束層裝置從工件上松開。
在進行激光沖擊時，將該復(fù)合約束層吸附于工件表面，激光束依次通過外層的玻璃約束層和內(nèi)層的流水約束層作用于試件表面的能量吸收層，激光在極短的時間內(nèi)(通常為ns量級)對能量吸收層進行加熱使其迅速突然汽化而形成高壓等離子體。柔性流水約束層使高壓等離子體在緊貼試件表面處產(chǎn)生，剛性玻璃約束層使高壓等離子體保持高壓力下急劇膨脹產(chǎn)生沖擊波，從而以較大的沖擊壓力對試件表面進行沖擊加工與處理。
本發(fā)明將玻璃約束層與流水約束層復(fù)合起來，外部是玻璃約束層，具有剛性好、增效效應(yīng)顯著的優(yōu)點，內(nèi)部是流水約束層，具有柔性好、易于實現(xiàn)多點和多次連續(xù)沖擊的優(yōu)點。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意2是圖1的俯視3是排氣口結(jié)構(gòu)的局部放大4是卸荷口結(jié)構(gòu)的局部放大圖(1)試樣 (2)卸荷口 (3)座板 (4)壓緊螺母 (5)密封圈 (6)玻璃約束層(7)彈簧 (8)活塞桿 (9)推板 (10)排氣口 (11)活塞環(huán) (12)活塞(13)密封圈 (14)密封圈 (15)吸附裝置 (16)進水咀 (17)出水咀(18)密封圈 (19)手柄閥桿 (20)密封壓蓋 (21)密封圈 (22)堵頭(23)中空鋼球 (24)閥座 (25)調(diào)壓旋鈕 (26)密封壓蓋 (27)密封環(huán)(28)彈簧 (29)出水口 (30)卸荷鋼球 (31)密封圈 (32)進水口具體實施方式
本發(fā)明由復(fù)合約束體及其上的吸附裝置(15)和卸荷口(2)組成，復(fù)合約束體(15)是由座板(3)、壓緊螺母(4)、密封圈(5)、玻璃約束層(6)以及由流水經(jīng)進水咀(16)和出水咀(17)依次連接組成的。卸荷口(2)設(shè)置在流水約束層內(nèi)壁，復(fù)合約束層裝置通過4個吸附裝置(15)及密封圈(14)與試件連接成一體，吸附裝置由推板(9)、彈簧(7)、活塞桿(8)、活塞(12)、活塞環(huán)(11)、排氣口(10)及密封圈(13)依次連接組成，其作用是將復(fù)合約束層裝置與試件緊密連接起來，并保證在激光沖擊時不分開。
依此將密封圈(5)和玻璃約束層(6)裝入座板(3)，壓緊螺母(4)。在進行激光沖擊時，將約束層裝置壓在試件表面，打開手柄閥桿(19)，壓下推板(9)，通過活塞桿(8)推動經(jīng)活塞環(huán)(11)密封了的活塞(12)將吸附裝置內(nèi)的氣體從排氣口(10)排出，并立即關(guān)閉手柄閥桿(19)，接觸面通過密封圈(13、14)接觸緊密，密封均勻，然后松開推板，使約束層裝置牢固地吸附在試件表面上；在約束層裝置的進水咀(16)和出水咀(17)接通水，形成流水約束層。
卸荷口是由調(diào)壓旋鈕(25)、密封壓蓋(26)、密封環(huán)(27)、彈簧(28)、出水口(29)、卸荷鋼球(30)、密封圈(31)、進水口(32)依次連接而成。調(diào)節(jié)調(diào)壓旋鈕(25)可控制卸荷壓力，使得當(dāng)激光沖擊壓力接近玻璃約束層的破環(huán)閾值時，卸荷鋼球(30)開啟，減緩沖擊壓力，保證沖擊過程中玻璃約束層不破壞，避免產(chǎn)生約束層飛濺現(xiàn)象而損傷鏡片和操縱者，提高約束層的安全性能。
排氣口(10)由密封圈(18)和氣閥連接而成。氣閥由手柄閥桿(19)、密封壓蓋(20)、密封圈(21)、堵頭(22)、中空鋼球(23)、閥座(24)依次連接而成，其作用是在安裝排氣使復(fù)合約束層裝置吸附于工件上，在拆卸時進氣使復(fù)合約束層裝置從工件上松開。
激光束依次通過外層的玻璃約束層和內(nèi)層的流水約束層作用于試件表面的能量吸收層，激光在極短的時間內(nèi)(通常為ns量級)對能量吸收層進行加熱使其迅速突然汽化而形成高壓等離子體。柔性流水約束層使高壓等離子體在緊貼試件表面處產(chǎn)生，剛性玻璃約束層使高壓等離子體保持高壓力下急劇膨脹產(chǎn)生沖擊波，從而以較的沖擊壓力對試件表面進行沖擊加工與處理。
為防止沖擊波壓力過大而損壞玻璃約束層，在流水約束層內(nèi)壁設(shè)置了卸荷口(2)，調(diào)節(jié)調(diào)壓旋鈕(25)，設(shè)定卸荷壓力，當(dāng)內(nèi)部壓力接近設(shè)定壓力時，頂開卸荷口，流水經(jīng)進水口(32)流經(jīng)鋼球，最后從出水口(29)流出，進行卸荷。
權(quán)利要求
1.一種激光沖擊復(fù)合約束層，其特征是由復(fù)合約束體及其上的吸附裝置(15)和卸荷口(2)組成，復(fù)合約束體(15)是由座板(3)、壓緊螺母(4)、密封圈(5)、玻璃約束層(6)以及由流水經(jīng)進水咀(16)和出水咀(17)依次連接組成的；卸荷口(2)設(shè)置在流水約束層內(nèi)壁，吸附裝置由推板(9)、彈簧(7)、活塞桿(8)、活塞(12)、活塞環(huán)(11)、排氣口(10)及密封圈(13)依次連接組成，復(fù)合約束層裝置通過4個吸附裝置(15)及密封圈(14)與試件連接成一體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光沖擊復(fù)合約束層，其特征在于在玻璃約束層兩面鍍有增透膜，增透膜材料因所采用的激光波長而定，增透膜的厚度控制在1～3μm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光沖擊復(fù)合約束層，其特征在于卸荷口(2)是由調(diào)壓旋鈕(25)、密封壓蓋(26)、密封環(huán)(27)、彈簧(28)、出水口(29)、卸荷鋼球(30)、密封圈(31)、進水口(32)依次連接而成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光沖擊復(fù)合約束層，其特征在于排氣口(10)由密封圈(18)和氣閥連接而成；氣閥由手柄閥桿(19)、密封壓蓋(20)、密封圈(21)、堵頭(22)、中空鋼球(23)、閥座(24)依次連接而成。
全文摘要
本發(fā)明涉及機械制造與激光應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明由復(fù)合約束體及其上的吸附裝置和卸荷口組成，復(fù)合約束體是由座板、壓緊螺母、密封圈、玻璃約束層以及由流水經(jīng)進水嘴和出水嘴依次連接組成的。卸荷口設(shè)置在流水約束層內(nèi)壁，復(fù)合約束層裝置通過4個吸附裝置及密封圈與試件連接成一體，吸附裝置由推板、彈簧、活塞桿、活塞、活塞環(huán)、排氣口及密封圈依次連接組成，其作用是將復(fù)合約束層裝置與試件緊密連接起來，并保證在激光沖擊時不分開。本發(fā)明將玻璃約束層與流水約束層復(fù)合起來，外部是玻璃約束層，具有剛性好、增效效應(yīng)顯著的優(yōu)點，內(nèi)部是流水約束層，具有柔性好、易于實現(xiàn)多點和多次連續(xù)沖擊的優(yōu)點。
文檔編號B23K26/18GK1654157SQ20051003796
公開日2005年8月17日 申請日期2005年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月4日
發(fā)明者馮愛新, 殷蘇民, 周建忠, 張永康, 左敦穩(wěn) 申請人:江蘇大學(xué)