[实用新型]一种基于水导激光的金属表面淬火系统

说明书

本实用新型提供一种基于水导激光的金属表面淬火系统，包括激光器、光路系统、激光耦合装置，所述光路系统、激光耦合装置沿激光的传输方向依次同轴设置；还包括工作台单元和高压供液系统，所述工作台单元包括可X/Y/Z向移动的工作台，安装于工作台上可放置工件的水槽；所述高压供液系统的进水端连接至水槽，出水端连接至耦合腔输出无级调压高压水流。本实用新型提出一种基于水导激光的金属表面淬火系统，可形成稳定反流型缩流激光水束，获得较长的水束稳定段，能减小水束工作距离对工件位置的限制，可更好地实现复杂曲面工件表面淬火。

技术领域

本实用新型涉及金属表面淬火技术领域，具体涉及一种基于水导激光的金属表面淬火系统。

背景技术

水导激光加工是利用微细水射流引导激光束对材料进行加工的先进加工技术，基于激光在水和空气两相介质中发生全反射的原理，将耦合了高能激光的水束光纤引导到加工表面，激光灼烧工件表面，同时水束快速冷却加工表面和冲刷加工残渣，减少热应力产生的不良影响。

淬火是将钢温度升高到临界温度Ac3(亚共析钢)或Ac1(过共析钢)以上温度，保温一段时间，使之全部奥氏体化，然后以较快的冷却速度冷却，使奥氏体含碳量降低到Ms以下得到马氏体的热处理工艺。

激光淬火是利用高能的激光光束辐射到金属表面，使金属快速升温到相变点以上，由于金属自身内部的热传导作用，表层温度快速向低温基体散发，得到马氏体的热处理工艺。激光淬火工艺将水导激光加工有效应用于淬火工艺，激光淬火与传统的淬火工艺相比，得到的马氏体更小更紧密。且激光淬火不需对整个工件加热，工艺过程中能耗少，引起的热变形小，更适合于精密零件加工。

现有激光淬火装置，由于透镜的聚焦影响，工件需要调整到合适的光斑直径范围，垂直方向的工作距离短；在热处理复杂的曲面时，激光光斑在工件表面能量分布不均匀，导致淬火后曲面的强度不均匀，影响工件的品质和稳定性。

实用新型内容

本实用新型提出一种基于水导激光的金属表面淬火系统，可形成稳定反流型缩流激光水束，获得较长的水束稳定段，能减小水束工作距离对工件位置的限制，可更好地实现复杂曲面工件表面淬火。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本实用新型通过以下技术方案解决上述问题：

一种基于水导激光的金属表面淬火系统，包括激光器、光路系统、激光耦合装置，所述光路系统、激光耦合装置沿激光的传输方向依次同轴设置；所述光路系统包括上下放置扩束镜组和聚焦凸透镜，扩束镜组包括上部的凹透镜和下部的凸透镜，各透镜通过三轴旋转镜架定位；所述激光耦合装置包括耦合腔，以及分别设于耦合腔上下两端的光学窗口、喷嘴，光学窗口与喷嘴上下对应；还包括工作台单元和高压供液系统，所述工作台单元包括可X/Y/Z向移动的工作台，安装于工作台上可放置工件的水槽；所述高压供液系统的进水端连接至水槽，出水端连接至耦合腔输出无级调压高压水流。

上述方案中，激光进入光路系统，由凹透镜、凸透镜组成的扩束镜组扩束后，由聚焦凸透镜聚焦，聚焦形成的小光斑穿过耦合腔内的薄液层后耦合到水束中，对工件进行淬火加工。采用扩束镜组、聚焦凸透镜构成的聚焦光路，光斑直径小，便于激光在水束中全反射实现耦合。且系统配置高压供液系统，高压供液系统可使耦合腔体内形成稳定的薄水层，并形成稳定反流型缩流水束。水束与激光耦合后形成的稳定反流型缩流激光水束，具有较长的水束稳定段，具有较长的工作距离，能减小水束工作距离对工件位置的限制。

为实现稳定的高压供液，所述高压供液系统包括由水箱、吸水泵、蓄能器I、压力计、流量计，压力计依次连接构成的主供液回路，所属主供液回路的出水管路连接至耦合腔输出稳定的高压水流，进水管路连接至水槽；所述压力计的出水口与水箱之间设置溢流阀构成调压回路。

进一步的，所述吸水泵与蓄能器I之间并联设有增压回路，所述增压回路包括依次设置的叶片泵、蓄能器II、电磁换向阀、双作用增压缸，叶片泵的进水端、电磁换向阀的回水端连接至水箱。