[发明专利]基于激光冲击波技术的金属管连接的方法和装置

摘要

本发明公开一种基于激光冲击波技术的金属管连接的方法和装置,属于激光加工技术领域。本发明采用在堵杆上端部涂覆的黑漆作为激光能量吸收层，水作为约束层，参数优化后的激光脉冲束沿管件的轴线进入管件的内部，经导光系统辐照在堵杆端部的吸收层上，吸收层吸收激光的能量后气化、电离，形成高压等离子体，高压等离子体急速膨胀，产生高幅冲击波，以此推动内管急速膨胀变形并和外管猛烈撞击，两管件在受激光冲击波冲击的部位产生明显的塑性变形，并在撞击过程中产生剧烈的热效应使两管撞击处的界面粘结在一起。本发明适用的范围广，可将不同熔点、不同热膨胀系数、不同热处理条件和状态的金属管件连接起来。

主权项

基于激光冲击波技术的金属管连接的方法，其特征在于该方法具体步骤如下：（1）将金属内管件插入金属外管件中，金属内、外管件同轴并用管件夹持器夹住固定，管件夹持器固定在导向柱上，导向柱固定在工作台上；（2）把上端部涂有吸收层的堵杆插入金属内管件中，吸收层为黑漆，调节堵杆和管件连接处的相对位置，使堵杆上端部接近于金属内、外管件待连接的接头处，然后向内管件中注水作为约束层；（3）参数受控并优化的激光脉冲，经导光系统辐照在堵杆上端面的吸收层上，金属管件不处在激光辐照的区域内，吸收层吸收激光的能量后气化、电离，形成高压等离子体，高压等离子体急速膨胀，产生向各个方向传播的冲击波，其中横向冲击波对金属内管件管壁施加压力，使金属内管件管壁获得动量并向外作高速膨胀运动，高速运动的金属内管壁和金属外管壁剧烈撞击，受强烈冲击之处的金属内、外管发生明显的塑性变形并伴有剧烈的热效应，从而使碰撞的界面熔化粘结在一起；（4）当金属内、外管件接头处叠合的长度较长时，需要改变堵杆上端部和管件的相对位置，在不同位置进行多次冲击连接。 2. 基于激光冲击波技术的金属管连接的装置，其特征在于该装置包括激光发生器、导光系统、工件装夹系统和控制系统，其中导光系统包括导光管、全反镜、冲击头，导光管始端连着激光发生器，依次把激光发生器、全反镜和冲击头连接起来，导光管终端对着工件夹具系统；工件装夹系统包括金属外管件、金属内管件、管件夹持器、约束层、吸收层、堵杆、导向柱和工作台，堵杆的上端部涂有吸收层并插入内管件中，堵杆的上端部接近于金属外管件与金属内管件的连接处，吸收层的上部为约束层，金属内管件插入金属外管件中，并用管件夹持器将金属内管件及金属外管件固定在导向柱上，导向柱固定在工作台上；控制系统包括计算机和控制器，控制信息从计算机输入，传递给控制器，以控制激光发生器发出的激光脉冲，以及控制管件夹持器和工作台的运动。