一种基于水下激光空化的零件强化装置

本发明涉及零件强化，具体为一种基于水下激光空化的零件强化装置。

背景技术：

1、当激光在液体中聚焦时，聚焦点处的液体会吸收激光能量，形成含有许多空化泡的空化群。当空化群附近有零件时，空化泡会在趋壁效应的作用下靠近零件，直至发生溃灭。空化泡的溃灭会产生强大的冲击波和高速微射流，对零件外表起到力学强化作用，有助于在零件上产生残余压应力，从而防止微裂纹的形成，提高零件的力学性能。

2、在实际的操作中，激光产生的空化群中会同时存在大空化泡和小空化泡。小空化泡溃灭时释放的能量较低，冲击力局限在零件的表层，无法深入零件内部；大空化泡溃灭时释放的能量较高，能够实现更深层的强化。而小空化泡的溃灭会导致零件表层的硬度增加，表层硬化会吸收部分大空化泡溃灭时的冲击能量，阻碍冲击力传递到更深层，降低深层强化的效果。然而，现有技术缺乏避免空化群中的小空化泡作用于零件外表的手段。

技术实现思路

1、为克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于水下激光空化的零件强化装置，能够有效减轻空化群中的小空化泡对零件外表的影响。

2、本发明采用了以下的技术方案。

3、一种基于水下激光空化的零件强化装置，包括装载有去离子水的容纳腔，所述容纳腔内放置有零件，还包括用于产生脉冲激光的激光振荡模块，以及通过光纤与激光振荡模块连接的光束镜筒，所述光束镜筒竖直设置并对准零件；

4、所述光束镜筒的外侧套设有约束筒，所述约束筒的底端与零件之间形成有进水通道，所述光束镜筒的聚焦点位于约束筒内，所述约束筒的内侧壁与光束镜筒的外侧壁之间形成有散热通道，所述散热通道浸入去离子水中，所述散热通道内的去离子水在受热后会向上流动，从而在约束筒的内侧壁附近形成上升流。

5、进一步，所述光束镜筒的外侧壁均布有多片散热翅片，所述散热翅片沿散热通道的轴向延伸。

6、进一步，所述散热翅片的外侧壁沿散热通道的轴向均布有多个收集腔，所述收集腔内设置有永磁体，所述永磁体的厚度小于收集腔的深度。

7、进一步，所述约束筒的内侧套设有变形筒，所述变形筒设有第一状态与第二状态，所述变形筒处于第一状态时的容积小于其处于第二状态时的容积，所述变形筒具有从第二状态恢复至第一状态的趋势；

8、当变形筒处于第一状态时，所述变形筒成沙漏状，所述进水通道被打开，所述变形筒内形成有上腔室与下腔室，所述光束镜头的聚焦点位于下腔室内；

9、当变形筒处于第二状态时，所述变形筒的底壁抵紧张零件，所述进水通道被关闭；

10、在变形筒从第二状态恢复至第一状态的过程中，所述变形筒的底壁会持续抵紧零件一段时间。

11、进一步，所述变形筒包括喇叭状的柔性膜，所述柔性膜的顶端以及底端均与约束筒整体连接，所述柔性膜与约束筒之间粘接有环形的弹性囊。

12、本发明的有益效果为：

13、在本发明的运行过程中，当激光经过光束镜筒时会使光束镜筒发热，接着激光镜筒将热量传递给散热通道内的去离子水。散热通道内的去离子水受热后向上流动，从而在约束筒的内侧壁附近形成上升流。其中，小空化泡的质量轻、惯性小，容易响应附近流体速度和压力的变化；而大空化的质量重、惯性大，对附近流体速度和压力的变化响应较慢。小空化泡在上升流的作用下更容易被吸引到靠近约束筒内壁，并且远离零件的位置处，而大空化泡则保持位置基本不变。这样，便能够最大限度地保留大空化泡溃灭时作用于零件的能量，并减轻空化群中的小空化泡对零件外表的影响。

技术特征：

1.一种基于水下激光空化的零件强化装置，包括装载有去离子水的容纳腔，所述容纳腔内放置有零件，其特征在于，还包括用于产生脉冲激光的激光振荡模块，以及通过光纤与激光振荡模块连接的光束镜筒，所述光束镜筒竖直设置并对准零件；

2.根据权利要求1所述的一种基于水下激光空化的零件强化装置，其特征在于，所述光束镜筒的外侧壁均布有多片散热翅片，所述散热翅片沿散热通道的轴向延伸。

3.根据权利要求2所述的一种基于水下激光空化的零件强化装置，其特征在于，所述散热翅片的外侧壁沿散热通道的轴向均布有多个收集腔，所述收集腔内设置有永磁体，所述永磁体的厚度小于收集腔的深度。

4.根据权利要求1或3所述的一种基于水下激光空化的零件强化装置，其特征在于，所述约束筒的内侧套设有变形筒，所述变形筒设有第一状态与第二状态，所述变形筒处于第一状态时的容积小于其处于第二状态时的容积，所述变形筒具有从第二状态恢复至第一状态的趋势；

5.根据权利要求4所述的一种基于水下激光空化的零件强化装置，其特征在于，所述变形筒包括喇叭状的柔性膜，所述柔性膜的顶端以及底端均与约束筒整体连接，所述柔性膜与约束筒之间粘接有环形的弹性囊。

技术总结
本发明提供了一种基于水下激光空化的零件强化装置，包括装载有去离子水的容纳腔，所述容纳腔内放置有零件，还包括用于产生脉冲激光的激光振荡模块，以及通过光纤与激光振荡模块连接的光束镜筒，所述光束镜筒竖直设置并对准零件；所述光束镜筒的外侧套设有约束筒，所述约束筒的底端与零件之间形成有进水通道，所述光束镜筒的聚焦点位于约束筒内，所述约束筒的内侧壁与光束镜筒的外侧壁之间形成有散热通道，所述散热通道浸入去离子水中，所述散热通道内的去离子水在受热后会向上流动，从而在约束筒的内侧壁附近形成上升流。本发明能够有效减轻空化群中的小空化泡对零件外表的影响。

技术研发人员：顾嘉阳,顾孝辉,刘宣鸣,李正洋
受保护的技术使用者：江苏工程职业技术学院
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23