專利名稱：基于激光復(fù)合延壽技術(shù)的激光器鏡片防護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及激光特種加工與激光器技術(shù)領(lǐng)域，特指耐熱件激光復(fù)合延壽 激光器鏡片防護(hù)裝置。
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)展與運(yùn)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(cè)技術(shù)等激光應(yīng)用技術(shù)目前廣泛應(yīng)用于機(jī)械工程、航空航天、微電子、軍 事等各行各業(yè)中。
鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯-環(huán)冷機(jī)是重要的鋼鐵冶煉爐料生產(chǎn)工藝之一，其工作溫度從 常溫到1200°C,鏈篦機(jī)篦床與傳輸機(jī)構(gòu)零部件在常溫到1050'C的交變溫度場(chǎng)中 循環(huán)往復(fù)運(yùn)行，對(duì)相關(guān)零部件材料熱疲勞性能要求極高，高溫區(qū)零部件在高溫中 長(zhǎng)期工作，對(duì)相關(guān)零部件材料的高溫耐磨性能和抗氧化性能要求苛刻。另一方面， 同時(shí)大型化球團(tuán)、金屬球團(tuán)和紅礦球團(tuán)等先進(jìn)節(jié)能環(huán)保球團(tuán)工藝的發(fā)展，工作環(huán) 境溫度更高，對(duì)耐熱件壽命要求更加苛刻。目前，通常采用稀土耐熱鋼制造相關(guān) 零件，但其高溫耐磨性和熱疲勞性仍然是影響零件熱壽命的關(guān)鍵因素，不得不作 為易損件定期更換，無法滿足鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯-環(huán)冷機(jī)生產(chǎn)新工藝對(duì)其關(guān)鍵零部件 材料性能的要求。
激光沖擊波的產(chǎn)生是高功率密度的強(qiáng)激光與物質(zhì)進(jìn)行相互作用，在極短的時(shí) 間內(nèi)(通常30 40ns)使物質(zhì)表面加熱并突然氣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(jìn)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(qiáng)化、激光沖擊層裂技術(shù)、激光沖擊成型技術(shù)等等。
中國發(fā)明專利(200710023404.2)和中國發(fā)明專利(200710025288)提出利用 激光復(fù)合處理技術(shù)，將激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)和"QPQ"鹽浴復(fù)合處理、激光淬火技術(shù)、 激光熔覆技術(shù)結(jié)合起來，根據(jù)零件的工況要求，對(duì)零件采用激光熔覆+QPQ"鹽熔 復(fù)合處理+激光沖擊強(qiáng)化處理，使其表面組織致密，形成高的硬度和高幅殘余壓 應(yīng)力，這樣耐熱件材料同時(shí)具有良好的耐磨性、抗應(yīng)力腐蝕性能和抗熱疲勞性能， 同對(duì)具有良好的減磨性能。
在上述技術(shù)中，激光淬火、激光熔覆過程中的金屬材料飛濺，通常會(huì)粘結(jié)在 激光器鏡片上，導(dǎo)致污染鏡片，非常難以去除，甚至損壞鏡片，從而使激光加工 過程中斷。
另一方面，激光沖擊強(qiáng)化過程中，材料約束層對(duì)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?？梢姡s束層技術(shù)是激光沖擊波 技術(shù)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、K9 玻璃、流水以及柔性貼膜等，但沖擊波在作用于靶材的同時(shí)，對(duì)約束層也產(chǎn)生同 樣的沖擊效應(yīng)，這往往使約束層破壞。當(dāng)沖擊波的能量足夠大時(shí)，使強(qiáng)度相對(duì)較弱的固體約束層飛濺破損，也會(huì)使流水約束層產(chǎn)生水花飛濺，飛濺產(chǎn)物粘附在約 束層前方的聚焦鏡上，污染鏡片，必須經(jīng)過較為繁瑣的鏡片清潔后才能再次沖擊， 這樣就無法實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)連續(xù)沖擊。另外，在約束層飛濺于鏡片表面和使用受污染鏡 片進(jìn)行激光聚焦沖擊過程中，通常容易造成鏡片損壞而無法繼續(xù)使用，使激光沖 擊過程中斷。
曰本專利JP347692A公開了傳統(tǒng)的激光加工設(shè)備中的聚焦鏡防護(hù)技術(shù)，其 防護(hù)的對(duì)象是激光作用工件材料產(chǎn)生的干燥的金屬或非金屬材料固態(tài)飛濺物，防 護(hù)板上的毛刷可以使飛濺物脫離，實(shí)現(xiàn)清潔， 一方面粉塵污染無法清除、毛刷損 傷防護(hù)片使得透光效果變差，另一方面，無法用于粘稠態(tài)、液態(tài)約束層污染物的 清除。
本實(shí)用新型提出的是基于激光沖擊復(fù)合延壽技術(shù)的聚焦鏡防護(hù)裝置，其防護(hù) 的對(duì)象是激光沖擊過程工件上的能量吸收層和約束層材料的飛濺物，例如水玻 璃、K9玻璃、流水、柔性貼膜、漆狀能量吸收層材料，這些飛濺物為固態(tài)、液 態(tài)和粘性物質(zhì)。其飛濺到防護(hù)板上后，無法通過毛刷清潔，液態(tài)和粘性飛濺物在 防護(hù)玻璃上的殘留會(huì)使防護(hù)玻璃透光率降低，影響后續(xù)激光沖擊效果，并可能損 傷防護(hù)玻璃。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型針對(duì)上述激光淬火、熔覆過程中的金屬材料飛濺污染鏡片和約束 層技術(shù)使用過程中的非金屬、粘稠態(tài)、液態(tài)約束層材料污染鏡片的問題，提出一 種基于激光沖擊復(fù)合延壽技術(shù)的激光器鏡片防護(hù)方法與裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)約束層激光 器鏡片的實(shí)時(shí)防護(hù)、快速清潔和干燥，保證激光沖擊復(fù)合延壽工藝正常進(jìn)行。
所說的基于激光復(fù)合延壽技術(shù)的激光器鏡片防護(hù)裝置，包括防護(hù)盤11、伺 服電機(jī)13、防護(hù)玻璃清潔裝置10、支架15、控制系統(tǒng)；防護(hù)盤11由盤體18、 防護(hù)玻璃17、定位盤14、防護(hù)玻璃壓緊裝置依次相連組成，防護(hù)玻璃17通過壓 緊裝置與盤體18相連，盤體18通過聯(lián)結(jié)螺釘8與安裝在支架15上的伺服電機(jī) 13端部的定位盤14相連;支架15與防護(hù)玻璃清潔裝置10和防護(hù)罩9依次相連; 防護(hù)玻璃清潔裝置10安裝在防護(hù)盤11的非激光沖擊區(qū)域，安裝在支架15上的 防護(hù)罩9對(duì)防護(hù)玻璃清潔裝置10和防護(hù)盤11的非激光加工區(qū)域進(jìn)行保護(hù)；控制 系統(tǒng)由工控機(jī)28、控制器12組成并與激光器1、伺服電機(jī)13、防護(hù)玻璃清潔裝 置10之依次相連，其控制激光器、伺服電機(jī)和防護(hù)玻璃清潔裝置的動(dòng)作。
所述的防護(hù)玻璃清潔裝置由激光工作工位24、包含負(fù)壓吸除裝置21和高壓 吹除裝置23的粗清潔工位23、沖洗工位27、烘干工位25、高壓吹干工位26五 個(gè)依次排列的工位組成。
所述的防護(hù)玻璃兩面鍍有對(duì)相關(guān)激光波長(zhǎng)具有增透作用的增透膜，增透膜厚 度為2 4 u m。從而減少通過玻璃時(shí)激光能量的損失。
所說的防護(hù)玻璃為一塊以上，通過壓緊螺母固定在盤體上。
所說的防護(hù)玻璃為整塊，通過壓緊螺釘及壓板固定在盤體外圍。本實(shí)用新型防護(hù)裝置的工作方法是在激光器鏡片和試樣工件間設(shè)置一與伺 服電機(jī)和防護(hù)玻璃清潔裝置依次相連的防護(hù)盤；在激光加工(淬火、熔覆、沖擊) 時(shí)，激光透過防護(hù)盤上的防護(hù)玻璃作用試樣，從而保護(hù)鏡片；在連續(xù)激光作用的 同時(shí)，伺服電機(jī)帶動(dòng)防護(hù)盤連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，在兩次激光脈沖沖擊間隔時(shí)段，伺服電機(jī) 帶動(dòng)防護(hù)盤轉(zhuǎn)過一定角度，使被約束層污染部位離開激光作用部位，而讓經(jīng)防護(hù) 玻璃清潔裝置快速清潔后的防護(hù)盤部位轉(zhuǎn)移到激光作用部位，保證激光復(fù)合強(qiáng)化 工藝過程連續(xù)順利進(jìn)行；在激光作用的同時(shí)，防護(hù)玻璃清潔裝置進(jìn)行防護(hù)盤上的 受污染部位的清潔和干燥。
其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、簡(jiǎn)化鏡片清潔過程、防護(hù)玻璃無劃痕、便于實(shí)現(xiàn) 多點(diǎn)連續(xù)沖擊、長(zhǎng)時(shí)間激光熔覆淬火的優(yōu)點(diǎn)，可以高效清除干燥金屬和非金屬飛 濺物、粘稠態(tài)鏡片污染物、液態(tài)鏡片污染物。


圖1為本實(shí)用新型裝置示意圖
圖2為實(shí)施例1的防護(hù)盤部件的結(jié)構(gòu)組成示意圖
圖3為圖2的右側(cè)視圖
圖4為實(shí)施例2的防護(hù)盤部件的結(jié)構(gòu)組成示意圖
圖5為圖4的側(cè)視圖
圖6為防護(hù)玻璃清潔裝置工位布置圖
l激光器，2工作鏡片，3約束層，4能量吸收層，5工作臺(tái)，6夾具，7試件，8 聯(lián)結(jié)螺釘，9防護(hù)罩，IO防護(hù)玻璃清潔裝置，ll防護(hù)盤，12控制器，13伺服 電機(jī)，14定位盤，15支架，16壓緊螺母，17防護(hù)玻璃，18盤體，19壓緊螺釘， 20壓板，21負(fù)壓吸除裝置，22粗清潔工位，23高壓吹除裝置，24激光工作工 位，25烘干工位，26高壓吹干工位，27沖洗工位，28工控機(jī)。
實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。 實(shí)施例1:
如圖1所示，本實(shí)用新型裝置包括防護(hù)盤11、伺服電機(jī)13、防護(hù)玻璃清潔 裝置IO、支架15、防護(hù)罩9、控制系統(tǒng)。
圖2、圖3為防護(hù)結(jié)構(gòu)示意圖，防護(hù)盤11由盤體18、防護(hù)玻璃17、定位盤 14、防護(hù)玻璃壓緊裝置依次相連組成。四塊防護(hù)玻璃17通過壓緊裝置(壓緊螺 母16)對(duì)稱固定在盤體18上預(yù)留的孔部位，當(dāng)防護(hù)玻璃損壞或污染十分嚴(yán)重時(shí)， 拆除壓緊螺母16，更換新的防護(hù)玻璃，重新進(jìn)行激光加工。
防護(hù)盤11通過聯(lián)結(jié)螺釘8與安裝在支架15上的伺服電機(jī)13端部的定位盤 14相連。
防護(hù)玻璃17兩面鍍有對(duì)相關(guān)激光波長(zhǎng)具有增透作用的增透膜，增透膜厚度 為2 4um，從而減少通過玻璃時(shí)激光能量的損失。
支架15與防護(hù)玻璃清潔裝置10和防護(hù)罩9依次相連，防護(hù)玻璃清潔裝置10安裝在防護(hù)盤11的非激光沖擊區(qū)域，安裝在支架15上的防護(hù)罩9對(duì)防護(hù)玻璃清 潔裝置10和防護(hù)盤11的非激光加工區(qū)域進(jìn)行保護(hù)，使其免受濺射出的約束層的 污染。
控制系統(tǒng)由工控機(jī)28、控制器12組成并與激光器1、伺服電機(jī)13、防護(hù)玻 璃清潔裝置10依次相連。其功能是控制激光器、伺服電機(jī)和防護(hù)玻璃清潔裝置 的動(dòng)作。
如圖6，防護(hù)玻璃清潔裝置由激光工作工位24、包含負(fù)壓吸除裝置21和高 壓吹除裝置23的粗清潔工位23、沖洗工位27、烘干工位25、高壓吹干工位26 五個(gè)依次排列的工位組成。
如圖1，將本實(shí)用新型所述鏡片防護(hù)裝置的防護(hù)盤10置于激光器工作鏡片2 和試件7之間，激光器1發(fā)出的激光經(jīng)工作鏡片2，透過防護(hù)盤11的防護(hù)玻璃 17，作用于安裝在工作臺(tái)5上的夾具6中的試件7上。在激光作用于試件7時(shí)， 防護(hù)玻璃片17擋住飛濺出來的試件材料或約束層與能量吸收層物質(zhì)污染工作鏡 片2，保護(hù)激光器工作鏡片。
激光沖擊時(shí)，在激光沖擊脈沖間隔之間，工控機(jī)28、控制器12在控制激光 器脈沖能量的停止與輸出的同時(shí)，控制伺服電機(jī)13轉(zhuǎn)過一定角度，從而使與被 聯(lián)結(jié)螺釘8固定在定位盤14上的防護(hù)盤11轉(zhuǎn)過移相應(yīng)角度，使被約束層的污染 的防護(hù)盤的部位離開激光工作工位,而讓經(jīng)快速清潔干燥后的防護(hù)玻璃隨防護(hù)盤 轉(zhuǎn)到激光沖擊部位,為下次沖擊做好準(zhǔn)備；在下次激光沖擊的同時(shí),控制系統(tǒng)控制 防護(hù)玻璃清潔裝置9工作，進(jìn)行受污染部位的防護(hù)盤的清潔和干燥。
激光熔覆和激光淬火時(shí)，在連續(xù)激光作用的同時(shí)，伺服電機(jī)13帶動(dòng)防護(hù)盤 11連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，使被約束層的被污染部位離開激光作用部位，而讓經(jīng)防護(hù)玻璃清 潔裝置10快速清潔后的防護(hù)盤轉(zhuǎn)移到激光作用部位，保證激光復(fù)合強(qiáng)化工藝過 程連續(xù)順利進(jìn)行；在激光作用的同時(shí)，防護(hù)玻璃清潔裝置10進(jìn)行防護(hù)盤的受污 染部位的清潔和干燥。
本實(shí)施例中，壓緊裝置為壓緊螺母16，防護(hù)玻璃片更換方便，防護(hù)玻璃損 耗較少，但在批量工程生產(chǎn)中，可能因防護(hù)玻璃無法再用而必須更換，影響沖擊 進(jìn)程。因此，本實(shí)施例適用于工作時(shí)間較短的試驗(yàn)研究階段。
實(shí)施例2:
與實(shí)施例l基本相同，不同之處在于，如圖4、圖5所示，防護(hù)玻璃壓緊裝 置由壓緊螺釘19及壓板20組成。環(huán)形的防護(hù)玻璃17通過壓緊螺釘19及壓板 20固定在盤體18的外圍。
當(dāng)防護(hù)玻璃損壞或污染十分嚴(yán)重時(shí)，拆除壓緊螺釘19和壓板20，更換新的 防護(hù)玻璃板，重新進(jìn)行激光沖擊。
本實(shí)施例中，防護(hù)玻璃片更換方便，生產(chǎn)效率高，防護(hù)玻璃較大，價(jià)格較高， 便于實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)連續(xù)工作，適用于工作時(shí)間較長(zhǎng)的激光沖擊復(fù)合延壽工程應(yīng)用中。
本實(shí)用新型不限于這些公開的實(shí)施方案，本實(shí)用新型將覆蓋在專利書中所描 述的范圍，以及權(quán)利要求范圍的各種變型和等效變化。
權(quán)利要求1.一種基于激光復(fù)合延壽技術(shù)的激光器鏡片防護(hù)裝置，其特征在于包括防護(hù)盤(11)、伺服電機(jī)(13)、防護(hù)玻璃清潔裝置(10)、支架(15)、控制系統(tǒng)；防護(hù)盤(11)由盤體(18)、防護(hù)玻璃(17)、定位盤(14)、防護(hù)玻璃壓緊裝置依次相連組成，防護(hù)玻璃(17)通過壓緊裝置與盤體(18)相連，盤體(18)通過聯(lián)結(jié)螺釘(8)與安裝在支架(15)上的伺服電機(jī)(13)端部的定位盤(14)相連；支架(15)與防護(hù)玻璃清潔裝置(10)和防護(hù)罩(9)依次相連；防護(hù)玻璃清潔裝置(10)安裝在防護(hù)盤(11)的非激光沖擊區(qū)域，安裝在支架(15)上的防護(hù)罩(9)對(duì)防護(hù)玻璃清潔裝置(10)和防護(hù)盤(11)的非激光加工區(qū)域進(jìn)行保護(hù)；控制系統(tǒng)由工控機(jī)(28)、控制器(12)組成并與激光器(1)、伺服電機(jī)(13)、防護(hù)玻璃清潔裝置(10)之依次相連，其控制激光器、伺服電機(jī)和防護(hù)玻璃清潔裝置的動(dòng)作。
2. 據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器鏡片防護(hù)裝置，其特征在于防護(hù)玻璃清潔裝 置由激光工作工位(24)、包含負(fù)壓吸除裝置(21)和高壓吹除裝置(23)的粗 清潔工位(23)、沖洗工位(27)、烘干工位(25)、高壓吹干工位(26)五個(gè)依 次排列的工位組成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器鏡片防護(hù)裝置，其特征在于防護(hù)玻璃兩 面鍍有對(duì)相關(guān)激光波長(zhǎng)具有增透作用的增透膜，增透膜厚度為2-4ixm。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器鏡片防護(hù)裝置，其特征在于所說的防護(hù) 玻璃為一塊以上，通過壓緊螺母固定在盤體上。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器鏡片防護(hù)裝置，其特征在于所說的防護(hù) 玻璃為整塊，通過壓緊螺釘及壓板固定在盤體外圍。
專利摘要本實(shí)用新型涉及激光特種加工與激光器技術(shù)領(lǐng)域，特指耐熱件激光復(fù)合延壽激光器鏡片防護(hù)裝置，該裝置包括防護(hù)盤、伺服電機(jī)、防護(hù)玻璃清潔裝置、支架和控制系統(tǒng)；在防護(hù)盤上沿周向間隔或連續(xù)設(shè)置有防護(hù)玻璃，伺服電機(jī)能帶動(dòng)防護(hù)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)被污染部位離開激光沖擊部位，而讓經(jīng)防護(hù)玻璃清潔裝置快速清潔后的防護(hù)盤部位移到激光沖擊部位，在激光作用的同時(shí)，防護(hù)玻璃清潔裝置進(jìn)行防護(hù)盤的受污染部位的清潔和干燥。其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、簡(jiǎn)化鏡片清潔過程、防護(hù)玻璃無劃痕、便于實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)連續(xù)沖擊、長(zhǎng)時(shí)間激光熔覆淬火的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B23K26/00GK201346670SQ20082021657
公開日2009年11月18日 申請(qǐng)日期2008年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月4日
發(fā)明者任旭東, 馮愛新, 司乃潮, 強(qiáng) 吳, 張永康, 張西良, 朱圣財(cái), 李伯全, 楊繼昌, 殷蘇民 申請(qǐng)人:江蘇宏大特種鋼機(jī)械廠;江蘇大學(xué)