高透光率的深冷激光沖擊頭及激光沖擊系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光沖擊領(lǐng)域以及深冷加工領(lǐng)域，尤其是一種深冷激光沖擊技術(shù)，它通過隔溫陶瓷/塑料以及真空隔溫方法，提高了激光的透光率，進(jìn)而保證了深冷激光沖擊過程中的光束質(zhì)量，具體地說是一種高透光率的深冷激光沖擊頭及其系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]深冷激光沖擊技術(shù)利用超低溫-高應(yīng)變率耦合效應(yīng)，可以顯著改善材料的微觀組織以及殘余應(yīng)力狀態(tài)，大幅提高材料的抗疲勞性能以及耐磨耐蝕性能，有望在航空、汽車、輪船等諸多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。但是深冷激光沖擊溫度低達(dá)-196°C，激光沖擊裝置的耐低溫性能，特別是吸收層與約束層在低溫下的穩(wěn)定性是目前尚需解決的關(guān)鍵技術(shù)難題。
[0003]激光沖擊強(qiáng)化過程中常使用的透光介質(zhì)包含玻璃，水，空氣，硅油等透明物質(zhì)，例如專利號為CN200510094810與CN201310527671的發(fā)明專利，使用水簾與硅油作為激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)的約束層，分別在常溫與高溫下獲得了較好的沖擊強(qiáng)化效果，但是水簾、硅油等柔性介質(zhì)在低溫下的流動性受到限制，在液氮溫度下甚至冷凝為固態(tài)，透光率嚴(yán)重降低，約束效果也顯著下降，因此不適用于超低溫環(huán)境。專利號為CN201110422502的發(fā)明專利提出一種采用深冷激光沖擊強(qiáng)化金屬材料的方法與裝置，該裝置中使用K9玻璃作為深冷激光沖擊的約束層，實現(xiàn)了深冷激光沖擊強(qiáng)化效果，但是在深冷溫度下環(huán)境中的水份會吸附在光學(xué)玻璃上形成水滴或冰粒，降低了光學(xué)玻璃的透光率，從而深冷激光沖擊強(qiáng)化效果嚴(yán)重下降；；另外，超低溫環(huán)境下，K9玻璃脆性提高，在沖擊波直接作用下極易出現(xiàn)裂痕或完全破碎。
[0004]由于液氮是無色透明的介質(zhì)，具有較高的透光率，因此深冷激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)中可以使用液氮作為制冷劑的同時充當(dāng)約束層。但是液氮放置于常溫空氣中時，由于液氮與空氣界面之間產(chǎn)生熱交換而導(dǎo)致液氮表面形成一層難以透光的液氮汽化物質(zhì)，降低了激光效率，從而大大降低了深冷激光沖擊強(qiáng)化的效果。因此本發(fā)明提出一種深冷激光沖擊頭，可以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，通過隔溫陶瓷/塑料以及真空隔溫方法，大幅提高了激光的透光效率，進(jìn)而保證了深冷激光光沖擊強(qiáng)化的實現(xiàn)并有效提高了沖擊效率。
[0005]通過對國內(nèi)外文獻(xiàn)進(jìn)行檢索，目前還沒有發(fā)現(xiàn)通過隔溫陶瓷/塑料以及真空隔溫方法提高深冷環(huán)境下激光透光效率的相關(guān)裝置，也未發(fā)現(xiàn)相關(guān)方法在深冷激光沖擊領(lǐng)域應(yīng)用的相關(guān)報道，本發(fā)明為首次提出該高透光率的深冷激光沖擊頭。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的激光沖擊頭在深冷沖擊時透光率不高的問題，設(shè)計一種高透光率的深冷激光沖擊頭及系統(tǒng)，通過隔溫陶瓷/塑料以及真空隔溫方法，在避免空氣中的水份因低溫吸附在高透玻璃上的同時，解決了液氮汽化物質(zhì)難以透光的問題，保證了深冷激光沖擊過程中的光束質(zhì)量。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案之一是: 一種高透光率的深冷激光沖擊頭，其特征在于包括:上端蓋21、下端蓋26、上主體22和下主體25，上端蓋21旋裝在上主體22上并將高透光玻璃II 31壓裝定位在上主體22中，下端蓋26旋裝在下主體25上并將.高透光玻璃I 28壓緊定位在下主體25中，上主體22和下主體25通過緊固件連接成一體，在上主體和下主體的結(jié)合面上安裝有用于隔溫的陶瓷墊或/塑料墊29 ;在上主體22上開設(shè)有抽真空用孔30，抽真空用孔30的進(jìn)口端上旋裝有轉(zhuǎn)接頭34 ;通過隔溫陶瓷墊/或塑料墊以及真空隔溫，在避免空氣中的水份因低溫吸附在高透玻璃上的同時，解決了液氮汽化物質(zhì)難以透光的問題，保證了深冷激光沖擊過程中的光束質(zhì)量。
[0008]所述的上主體和下主體通過連接螺栓23和螺母24連接成一體。
[0009]所述的高透光玻璃II 31與上主體22間設(shè)置有隔溫墊圈II 32，高透光玻璃I 28與下主體25間設(shè)置有隔溫墊圈I 27，轉(zhuǎn)接頭34與上主體22之間設(shè)置有墊圈III 33以實現(xiàn)密封連接。
[0010]所述的隔溫墊圈1、I1、111使用隔溫陶瓷或塑料制造，以避免零件之間進(jìn)行熱交換。
[0011]本發(fā)明的技術(shù)方案之二是:
一種高透光率的深冷激光沖擊頭激光沖擊系統(tǒng)，其特征在于深冷激光沖擊頭3通過加強(qiáng)肋板4以及水平肋板6安裝在垂直工作臺7上，以保證沖擊頭3的高度可以調(diào)節(jié)；垂直工作臺7與水平工作臺9均采用螺柱II 8固定于總裝臺17上；控制系統(tǒng)19通過通訊線I 18與水平工作臺9連接，通過通訊線II 20與激光器I連接；貼有鋁箔14的工件15置于水平工作臺9上的深冷箱13中，深冷箱13與水平工作臺9之間設(shè)置有隔溫陶瓷墊10，深冷激光沖擊頭3下端面穿過液氮汽化物12以及液氮11液面到達(dá)鋁箔14上方位置。
[0012]所述的深冷激光沖擊頭3的下主體25的下端面浸入液氮11內(nèi)，且下端面與鋁箔14表面間的距離為2~5mm，同時保證液氮11液面低于深冷激光沖擊頭3下主體25的上端面，即不超過上主體22與下主體25的結(jié)合面。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:
I.該裝置通過將激光頭浸入液氮解決了液氮汽化物質(zhì)難以透光的問題，保證了深冷激光沖擊過程中光束順利到達(dá)工件表面。
[0014]2.通過隔溫陶瓷/塑料以及真空隔溫方法，避免空氣中的水份因低溫吸附在高透玻璃上，進(jìn)而大幅提高了激光的透光率，增加了試樣表面的激光能量。
[0015]3.結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便，成本較低。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明的高透光率的深冷激光沖擊頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2是本發(fā)明的激光沖擊系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖3是激光沖擊效果對比圖。
[0019]圖中:1.激光器，2.45°反光鏡，3.深冷激光沖擊頭，4.加強(qiáng)肋板，5.螺柱I，6.水平肋板，7垂直移動臺，8.螺柱II，9.水平工作臺，10.隔溫陶瓷墊，11.液氮，12液氮汽化物質(zhì)，13.深冷箱，14.鋁箔，15.工件，16.手動調(diào)節(jié)螺母，17.總裝臺，18.通訊線I，19.控制系統(tǒng)，20.通訊線II，21.上端蓋，22.上主體，23.螺柱，24.螺母，25.下主體，26.下端蓋，27.墊圈I，28.高透光玻璃I，29.隔溫陶瓷墊或/塑料墊，30.抽真空用孔，31.高透光玻璃II，32.墊圈II，33.墊圈III，34.轉(zhuǎn)接頭。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)