[实用新型]基于激光复合延寿技术的激光器镜片防护装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及激光特种加工与激光器技术领域，特指耐热件激光复合延寿激光器镜片防护装置。

背景技术

自20世纪60年代激光器问世以来，激光技术得到了迅速的发展与运用，激光冲击波技术、激光切割技术、激光焊接技术、激光打标技术、激光熔覆技术、激光检测技术等激光应用技术目前广泛应用于机械工程、航空航天、微电子、军事等各行各业中。

链篦机-回转窑-环冷机是重要的钢铁冶炼炉料生产工艺之一，其工作温度从常温到1200℃，链篦机篦床与传输机构零部件在常温到1050℃的交变温度场中循环往复运行，对相关零部件材料热疲劳性能要求极高，高温区零部件在高温中长期工作，对相关零部件材料的高温耐磨性能和抗氧化性能要求苛刻。另一方面，同时大型化球团、金属球团和红矿球团等先进节能环保球团工艺的发展，工作环境温度更高，对耐热件寿命要求更加苛刻。目前，通常采用稀土耐热钢制造相关零件，但其高温耐磨性和热疲劳性仍然是影响零件热寿命的关键因素，不得不作为易损件定期更换，无法满足链篦机-回转窑-环冷机生产新工艺对其关键零部件材料性能的要求。

激光冲击波的产生是高功率密度的强激光与物质进行相互作用，在极短的时间内(通常30～40ns)使物质表面加热并突然气化而形成高压等离子体，从而形成冲击波。利用激光冲击波现象进行各种工程应用的技术即为激光冲击波技术，例如激光冲击强化、激光冲击层裂技术、激光冲击成型技术等等。

中国发明专利(200710023404.2)和中国发明专利(200710025288)提出利用激光复合处理技术，将激光冲击强化技术和“QPQ”盐浴复合处理、激光淬火技术、激光熔覆技术结合起来，根据零件的工况要求，对零件采用激光熔覆+QPQ”盐熔复合处理+激光冲击强化处理，使其表面组织致密，形成高的硬度和高幅残余压应力，这样耐热件材料同时具有良好的耐磨性、抗应力腐蚀性能和抗热疲劳性能，同时具有良好的减磨性能。

在上述技术中，激光淬火、激光熔覆过程中的金属材料飞溅，通常会粘结在激光器镜片上，导致污染镜片，非常难以去除，甚至损坏镜片，从而使激光加工过程中断。

另一方面，激光冲击强化过程中，材料约束层对激光冲击波现象具有增效作用，是产生较明显激光冲击波效应的重要手段。可见，约束层技术是激光冲击波技术得以工程应用的关键和前提条件。目前所采用的约束层通常有水玻璃、K9玻璃、流水以及柔性贴膜等，但冲击波在作用于靶材的同时，对约束层也产生同样的冲击效应，这往往使约束层破坏。当冲击波的能量足够大时，使强度相对较弱的固体约束层飞溅破损，也会使流水约束层产生水花飞溅，飞溅产物粘附在约束层前方的聚焦镜上，污染镜片，必须经过较为繁琐的镜片清洁后才能再次冲击，这样就无法实现多点连续冲击。另外，在约束层飞溅于镜片表面和使用受污染镜片进行激光聚焦冲击过程中，通常容易造成镜片损坏而无法继续使用，使激光冲击过程中断。

日本专利JP347692A公开了传统的激光加工设备中的聚焦镜防护技术，其防护的对象是激光作用工件材料产生的干燥的金属或非金属材料固态飞溅物，防护板上的毛刷可以使飞溅物脱离，实现清洁，一方面粉尘污染无法清除、毛刷损伤防护片使得透光效果变差，另一方面，无法用于粘稠态、液态约束层污染物的清除。

本实用新型提出的是基于激光冲击复合延寿技术的聚焦镜防护装置，其防护的对象是激光冲击过程工件上的能量吸收层和约束层材料的飞溅物，例如水玻璃、K9玻璃、流水、柔性贴膜、漆状能量吸收层材料，这些飞溅物为固态、液态和粘性物质。其飞溅到防护板上后，无法通过毛刷清洁，液态和粘性飞溅物在防护玻璃上的残留会使防护玻璃透光率降低，影响后续激光冲击效果，并可能损伤防护玻璃。

实用新型内容

本实用新型针对上述激光淬火、熔覆过程中的金属材料飞溅污染镜片和约束层技术使用过程中的非金属、粘稠态、液态约束层材料污染镜片的问题，提出一种基于激光冲击复合延寿技术的激光器镜片防护方法与装置，实现对约束层激光器镜片的实时防护、快速清洁和干燥，保证激光冲击复合延寿工艺正常进行。