本發(fā)明涉及一種噴水循環(huán)系統(tǒng)，特指在激光沖擊強(qiáng)化時約束層用水的循環(huán)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

激光沖擊強(qiáng)化(Laser Shocking Peening,LSP)技術(shù)，也稱激光噴丸技術(shù)。是通過高功率密度(GW/cm量級)、短脈沖(10～30ns量級)的激光通過透明約束層作用于金屬表面所涂覆的能量吸收涂層時，涂層吸收激光能量迅速氣化并幾乎同時形成大量稠密的高溫(>10K)、高壓(>1GPa)等離子體。該等離子體繼續(xù)吸收激光能量急劇升溫膨脹，然后爆炸形成高強(qiáng)度沖擊波作用于金屬表面。當(dāng)沖擊波的峰值壓力超過材料的動態(tài)屈服強(qiáng)度時，材料發(fā)生塑性變形并在表層產(chǎn)生平行于材料表面的拉應(yīng)力。激光作用結(jié)束后，由于沖擊區(qū)域周圍材料的反作用，其力學(xué)效應(yīng)表現(xiàn)為材料表面獲得較高的殘余壓應(yīng)力。

激光沖擊強(qiáng)化可分為有約束層(confined-plasma)和無約束層(directablation)兩種類型。激光束透過水或玻璃被吸收層吸收，吸收層部分汽化形成等離子體,由于等離子體被約束在約束層和試樣之間，根據(jù)理想氣體的狀態(tài)方程,在有約束層時可以比無約束層時獲得更高的沖擊波峰壓；同時在有約束層時,沖擊波持續(xù)時間為無約束層時的2～3倍。

現(xiàn)階段大面積沖擊工具時約束層用水量較大，用水質(zhì)量不高，對噴水方向，位置的控制較為困難，因此需要一種提高約束層水利用率，能夠?qū)崿F(xiàn)噴水方向大小準(zhǔn)確調(diào)節(jié)，用于激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備的噴水循環(huán)系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對以上問題，本發(fā)明的目的在于提供一種激光沖擊強(qiáng)化用的循環(huán)噴水系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在激光強(qiáng)化過程中的約束層水的循環(huán)利用，并能夠有效地過濾水中雜質(zhì)，吸附水中的離子，對水位進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，保證沖擊強(qiáng)化過程中約束層的穩(wěn)定，并且環(huán)保高效的利用水資源。

以下為本發(fā)明的技術(shù)方案:

一種激光沖擊強(qiáng)化用的循環(huán)噴水系統(tǒng)，包括水槽、水泵、三通閥、離子吸附裝置、比例水閥，流量計(jì)，機(jī)械手和防濺水裝置；其中機(jī)械手上安裝噴頭，噴頭噴水作為激光沖擊強(qiáng)化時的約束層，使用信號線連接機(jī)械手控制柜與比例水閥，機(jī)械手示教器與機(jī)械手控制柜連接，通過機(jī)械手示教器控制比例水閥來調(diào)節(jié)水流量的大??；在激光出光口同軸環(huán)形安裝有出風(fēng)口，出風(fēng)口連接鼓風(fēng)機(jī)，可有效防止水滴飛濺到聚焦透鏡。

在水槽內(nèi)部裝有一定量的水，在水槽底部開有出水口，并在出水口上方安裝濾芯，濾芯可過濾水中的較大雜質(zhì)；出水口引出主回路水管依次連接水泵，三通閥，離子吸附裝置，比例水閥，流量計(jì)和安裝在機(jī)械手上的噴頭；其中水槽，濾芯，水泵，三通閥構(gòu)成一個自循環(huán)系統(tǒng)，當(dāng)比例水閥完全關(guān)閉時，水仍然可以從三通閥上端的自循環(huán)回路水管流出，構(gòu)成一個循環(huán)回路，避免主回路水管中的水逆流，其中三通閥上端的自循環(huán)回路水管直徑采用Φ12mm，主回路水管為Φ24mm，避免自循環(huán)回路流量分散過多造成的主回路水流量不足。

在三通閥的右出水端連接離子吸附裝置，用于去除水中的離子雜質(zhì)，離子吸附裝置的主體是一個直徑60mm，長度80mm的圓柱不銹鋼管，在鋼管的入水口和出水口均用塑料板封住端口并且塑料板上開口與水管相連接，在兩端塑料板內(nèi)側(cè)裝有不銹鋼網(wǎng)，不銹鋼網(wǎng)采用50目，鋼管內(nèi)部放有去離子樹脂，去離子樹脂使用1mm大小，保證其不會透過不銹鋼網(wǎng)，去離子樹脂投入的量不超過水管口高度，防止過多堵塞水管口，影響水流量。

循環(huán)系統(tǒng)中水流大小的調(diào)節(jié)通過比例水閥來控制，比例水閥為一個0v～10v的比例水閥，比例水閥通過信號線連接在機(jī)械手控制柜上，通過機(jī)械手控制柜中的模擬量輸出單元控制比例水閥；機(jī)械手控制柜通過電纜與機(jī)械手示教器相連，機(jī)械手示教器用來操作機(jī)械手運(yùn)動及比例水閥的調(diào)節(jié)，將比例水閥設(shè)為模擬量1，通過在機(jī)械手示教器上輸入Anout CHANNEL_1＝(),括號內(nèi)輸入數(shù)字0～1，對應(yīng)比例水閥的0v～10v控制水流量大?。凰鞔笮〉娘@示通過比例水閥右側(cè)的流量計(jì)顯示出來。

進(jìn)一步地，在連接三通閥與離子吸附裝置的主回路水管上設(shè)有液位開關(guān)，液位開關(guān)通過信號線與機(jī)械手控制柜連接。當(dāng)水位超過所設(shè)定的警戒水位時，機(jī)械手控制柜會發(fā)出警報(bào)提醒。

該噴水循環(huán)系統(tǒng)所采用的機(jī)械手為一個六軸聯(lián)動機(jī)械手，擁有A₁，A₂，A₃，A₄，A₅，A₆六個關(guān)節(jié)軸，使機(jī)械手具有X，Y，Z三個方向的直線運(yùn)動和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，在A6軸開放端安裝噴頭，水管連接在噴頭上，使用機(jī)械手示教器控制機(jī)械手噴頭方向從而控制水流噴射方向，使水在工件表面待沖擊區(qū)域形成1-2mm的均勻水膜，通過噴頭對水流方向的調(diào)整以及比例水閥對流量的調(diào)節(jié)保證水膜均勻并且緊密貼合在工件待沖擊表面。

為防止工件表面的水膜在沖擊時飛濺到光路出光口的聚焦透鏡上，在出光口前段安裝防濺水裝置，防濺水裝置是在出光口前端同軸方向上下左右安裝4個出風(fēng)口，出光口為Φ50mm的不銹鋼鐵管，出風(fēng)口為一根Φ15mm的圓形軟管，用支架固定軟管，并將每根軟管與出光口中心方向傾斜30°，在每根末端連接一個大功率鼓風(fēng)機(jī)作為風(fēng)源，加工時出風(fēng)口產(chǎn)生的風(fēng)力能有效的吹走即將進(jìn)入出光口的水滴，從而保護(hù)聚焦透鏡。工件加工時放置于水槽上方，這樣加工后的水落入水槽中，形成一個循環(huán)。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：第一，建立了一種激光沖擊強(qiáng)化用的循環(huán)噴水系統(tǒng)，能夠更加高效、環(huán)保、節(jié)能地對零件進(jìn)行激光沖擊強(qiáng)化。第二，能夠有效的凈化激光沖擊過程中水中的離子雜質(zhì)與大顆粒雜質(zhì)。第三，能夠有效的控制循環(huán)水流的大小，利用機(jī)械手還能夠調(diào)整噴水的方向，使水在工件表面待沖擊區(qū)域形成1-2mm的均勻水膜。第四，通過風(fēng)扇的可以有效的防止水飛濺到光路出光口聚焦透鏡上，保護(hù)光路。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的激光沖擊強(qiáng)化用的循環(huán)噴水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：1-水槽，2-濾芯，3-水泵，4-三通閥，5-自循環(huán)回路水管，6-離子吸附裝置，7-比例水閥，8-比例水閥信號線，9-機(jī)械手控制柜，10-電纜，11-機(jī)械手示教器，12-流量計(jì)，13-機(jī)械手，14-噴頭，15-防濺水裝置，16-出光口，17-工件，18-液位開關(guān)，19-液位開關(guān)信號線。

圖2機(jī)械手示意圖

其中：A₁，A₂，A₃，A₄，A₅，A₆為六個關(guān)節(jié)軸

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的使用方法進(jìn)行進(jìn)一步說明。

一種激光沖擊強(qiáng)化用的循環(huán)噴水系統(tǒng)，由水槽1，濾芯2，水泵3，離子吸附裝置6、比例水閥7，由水槽1，濾芯2，水泵3，三通閥4構(gòu)成的自循環(huán)回路，液位開關(guān)18，流量計(jì)12，機(jī)械手13，防濺水裝置15等共同構(gòu)成噴水循環(huán)系統(tǒng)。其中機(jī)械/13安裝噴頭14噴水作為激光沖擊強(qiáng)化時的約束層，使用信號線8連接機(jī)械手控制柜9與比例水閥7，通過機(jī)械手示教器11控制比例水閥7來調(diào)節(jié)水流量的大??；在出光口16同軸環(huán)形安裝有防濺水裝置15，防濺水裝置是在出光口前端同軸方向上下左右安裝4個出風(fēng)口，出風(fēng)口連接鼓風(fēng)機(jī)，可有效防止水滴飛濺到聚焦透鏡。

當(dāng)進(jìn)行激光沖擊強(qiáng)化工件時，在水槽1內(nèi)部裝有一定量的水，水槽1為一個2.5m×1.2m×0.6m的不銹鋼水槽，在水槽1底部開有出水口，并在出水口上方安裝濾芯2，濾芯2采用不銹鋼燒結(jié)網(wǎng)濾芯，濾芯2直徑50mm,長度100mm，可過濾水中的較大雜質(zhì)；出水口引出主回路水管依次連接水泵3，三通閥4，離子吸附裝置6，比例水閥7，流量計(jì)12和機(jī)械手13上的噴頭14；水泵3采用NH-100PX-N-PANWORLD型號磁力泵，輸出功率在65w-90w，揚(yáng)程4m，流量20L/min，水,1，濾芯2，水泵3，三通閥4構(gòu)成一個自循環(huán)系統(tǒng)，當(dāng)比例水閥7完全關(guān)閉時，水仍然可以從三通閥上4端的自循環(huán)回路水管5流出，構(gòu)成一個循環(huán)回路，避免主回路水管中的水逆流，其中三通閥4上端的自循環(huán)回路水管5直徑采用Φ12mm，主回路水管為Φ24mm，避免自循環(huán)回路流量分散過多造成的主回路水流量不足。

在三通閥4的右出水端連接離子吸附裝置6，用于去除水中的離子雜質(zhì)，離子吸附裝置6的主體是一個直徑60mm，長度80mm的圓柱不銹鋼管，在鋼管的入水口和出水口均用塑料板通過螺母封住端口，在塑料板中心開口與水管相連接，在兩端塑料板內(nèi)側(cè)裝有不銹鋼網(wǎng)，不銹鋼網(wǎng)采用50目，鋼管內(nèi)部放有去離子樹脂，去離子樹脂使用1mm大小，保證其不會透過不銹鋼網(wǎng)，去離子樹脂投入量的高度為15mm，防止過多堵塞水管口，影響水流量。

循環(huán)系統(tǒng)中水流大小的調(diào)節(jié)通過比例水閥7來控制，比例水閥7為一個0v～10v的比例水閥，比例水閥7通過信號線8連接在庫卡KR1400機(jī)械手控制柜9上，通過庫卡KR1400機(jī)械手控制柜9中的模擬量輸出單元控制比例水閥7；機(jī)械手控制柜9通過電纜與庫卡KR1400機(jī)械手示教器11相連，機(jī)械手示教器11用來操作機(jī)械手13運(yùn)動及比例水閥7的調(diào)節(jié)，將比例水閥7設(shè)為模擬量1，通過在機(jī)械手示教器11上輸入Anout CHANNEL_1＝(),括號內(nèi)輸入數(shù)字0～1，對應(yīng)比例水閥7的0v～10v控制水流量大小，水流大小的顯示通過比例水7右側(cè)的流量計(jì)12顯示出來。

該噴水循環(huán)系統(tǒng)所采用的庫卡KR1400機(jī)械手為一個六軸聯(lián)動機(jī)械手，擁有A₁，A₂，A₃，A₄，A₅，A₆六個關(guān)節(jié)軸，在A6軸開放端安裝噴頭，水管連接在噴頭上，使用庫卡KR1400機(jī)械手示教器控制機(jī)械手噴頭方向從而控制水流噴射方向，使水在工件表面待沖擊區(qū)域形成1-2mm的均勻水膜，通過噴頭對水流方向的調(diào)整及比例水閥對流量的調(diào)節(jié)保證水膜均勻并且緊密貼合在工件待沖擊表面。為防止工件表面的水膜在沖擊時飛濺到光路出光口的聚焦透鏡上，在出光口前段安裝防濺水裝置，防濺水裝置是在出光口前端同軸方向上下左右安裝4個出風(fēng)口，出光口為Φ50mm的不銹鋼鐵管，出風(fēng)口為一根Φ15mm的圓形軟管，用支架固定軟管，并將每根軟管與出光口中心方向傾斜30°，在每根末端連接一個大功率鼓風(fēng)機(jī)作為風(fēng)源，鼓風(fēng)機(jī)功率為600w，2.8m³/min，16000r/min，加工時出風(fēng)口產(chǎn)生大約8m/s的風(fēng)力能有效的吹走即將進(jìn)入出光口的水滴，從而保護(hù)聚焦透鏡，工件加工時放置于水槽上方，這樣加工后的水落入水槽中，形成一個循環(huán)。

該噴水循環(huán)系統(tǒng)還在水槽內(nèi)部安裝液位開關(guān)，液位開關(guān)通過信號線連接庫卡KR1400機(jī)械手控制柜，當(dāng)水位超過0.5m時，觸發(fā)報(bào)警裝置，在庫卡KR1400機(jī)械手示教器上發(fā)出警報(bào)。