本发明专利技术涉及激光加工领域，具体地说是一种气流体约束水射流发生装置，包括聚焦透镜、座体、激光窗和水喷嘴，聚焦透镜设于座体的激光入射侧，激光窗和水喷嘴沿着激光传输方向依次设于所述座体中，且所述激光窗和水喷嘴之间的座体内设有高压水腔，在所述水喷嘴远离激光窗一侧的座体内设有贯通的气腔，且所述气腔靠近所述水喷嘴的一端设有进气道，激光光束经聚焦透镜聚焦射入座体中且焦点位于水喷嘴处。本发明专利技术利用气流体约束水射流，能够有效减少水射流表层的空气密度，降低了水射流边缘与空气之间的卷吸作用，且气相流体对水光纤施加径向的约束力，提高了水射流的稳定性。提高了水射流的稳定性。提高了水射流的稳定性。
【技术实现步骤摘要】
气流体约束水射流发生装置
[0001]本专利技术涉及激光加工领域，具体地说是一种气流体约束水射流发生装置。
技术介绍
[0002]随着精密和超精密加工技术的不断发展，激光与其它加工技术的复合逐渐成为加工制造领域的主流技术。水、激光耦合加工技术是一项新型的复合加工技术，其利用水和空气光学特征的传播差异，使激光束在水柱中进行全反射，不会分离出来，从而引导激光束在水束中进行折线传播，形成水束光纤，进而对工件进行加工。
[0003]在水、激光耦合加工过程中，激光束与水射流的耦合效果直接决定了加工效果，而水射流的稳定是实现激光束与水束成功耦合的重要前提。水射流的不稳定会导致加工距离缩短、切缝宽度增加等问题，影响加工质量。高速流动的水射流会引起边缘流体的雾化，最终会使水光纤出现破碎，直至成液滴状，被引导的激光将会从射流中发散出来，导致加工失效。
[0004]现有技术中的水、激光耦合加工方法，由于激光束在水射流中耦合，高压水射流与环境气体直接接触，较大的速度差缩短了水射流的破碎长度，使得激光束较快地发散出来，激光能量的利用率较低，因此现有的加工工作距离还是不能满足一些场合的需求。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的在于提供一种气流体约束水射流发生装置，利用气流体约束水射流，能够有效减少水射流表层的空气密度，降低了水射流边缘与空气之间的卷吸作用，且气相流体对水光纤施加径向的约束力，提高了水射流的稳定性。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0007]一种气流体约束水射流发生装置，包括聚焦透镜、座体、激光窗和水喷嘴，聚焦透镜设于座体的激光入射侧，激光窗和水喷嘴沿着激光传输方向依次设于所述座体中，且所述激光窗和水喷嘴之间的座体内设有高压水腔，在水喷嘴远离激光窗一侧的座体内设有贯通的气腔，且所述气腔靠近所述水喷嘴的一端设有进气道，激光光束经聚焦透镜聚焦射入座体中且焦点位于水喷嘴处，高压水腔内的高压水经所述水喷嘴后形成水射流，且聚焦后的激光光束与所述水射流耦合形成高压水光纤。
[0008]所述高压水腔设有用于输入高压水的入水口。
[0009]所述气腔靠近所述水喷嘴的一端沿着圆周方向均布有多个进气道。
[0010]所述水喷嘴以宝石体为载体。
[0011]所述气腔的出口截面为圆形、正方形或长方形。
[0012]本专利技术的优点与积极效果为：
[0013]本专利技术利用气流体约束水射流，在加工过程中气相流体能减小高压水射流与周围环境气体的速度差，且有效减少水射流表层的空气密度，降低了水射流边缘与空气之间的卷吸作用，且气相流体对水光纤施加径向的约束力，水射流经气相流约束后流束得到细化，
雾化效果得到弱化，从而提高了水射流的稳定性。
附图说明
[0014]图1为本专利技术的结构示意图。
[0015]其中，1为激光光束，2为聚焦透镜，3为激光窗，4为高压水腔，5为水喷嘴，6为气腔，7为高压水光纤，8为进气道。
具体实施方式
[0016]下面结合附图对本专利技术作进一步详述。
[0017]如图1所示，本专利技术包括聚焦透镜2、座体、激光窗3和水喷嘴5，聚焦透镜2设于座体的激光入射侧，激光窗3和水喷嘴5沿着激光传输方向依次设于所述座体中，且所述激光窗3和水喷嘴5之间的座体内设有高压水腔4，所述高压水腔4设有入水口用于输入高压水，在水喷嘴5远离激光窗3一侧的座体内设有贯通的气腔6，且高压水腔4内的高压水经所述水喷嘴5后形成水射流引导激光光束1形成高压水光纤7进入气腔6中，所述气腔6靠近所述水喷嘴5的一端设有进气道8，气体经由进气道8进入气腔6中并对所述高压水光纤7进行包覆，以使激光光束1在液气层流界面发生全反射。
[0018]所述气腔6的出口截面可为圆形、正方形或长方形，所述气腔6内的气体可为氩气、氢气、二氧化碳等气体，所述气流体压力值为5MPa～100MPa，所述高压水的压力取值为20MPa～100MPa，所述水喷嘴5直径为50～200μm。
[0019]本实施例中，所述激光窗3为平面耐压玻璃制成，所述水喷嘴5以宝石体为载体，所述高压水腔4内的水喷嘴5直径为100μm，水压为20MPa，另外所述进气道8沿着气腔6端部的圆周方向均匀分布，以保证气体从各个方向均匀吹入气腔6中，本实施例中，气流体从10个沿着圆周方向均匀分布的进气道8进入气腔6中，气腔6内的气体为氢气，工作压力为5MPa。
[0020]本专利技术的工作原理为：
[0021]如图1所示，本专利技术工作时，外部光源发出的激光光束1经聚焦透镜2后透过激光窗3射入座体内，且所述激光光束1的焦点位于所述座体内的水喷嘴5入口端，高压水腔4内的高压水经所述水喷嘴5形成水射流喷出射入座体内的气腔6中，且聚焦后的激光光束1与水射流耦合形成高压水光纤7，而气体经由进气道8进入所述气腔6中，气相流体能减小高压水射流与周围环境气体的速度差，并且有效减少水射流表层的空气密度，降低了水射流边缘与空气之间的卷吸作用，另外气相流体可对高压水光纤7施加径向的约束力，水射流经气相流约束后流束得到细化，雾化效果得到弱化，从而提高了水射流的稳定性，高压水光纤7穿过气腔6后作用于工件上进行加工。
本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种气流体约束水射流发生装置，其特征在于：包括聚焦透镜(2)、座体、激光窗(3)和水喷嘴(5)，聚焦透镜(2)设于座体的激光入射侧，激光窗(3)和水喷嘴(5)沿着激光传输方向依次设于所述座体中，且所述激光窗(3)和水喷嘴(5)之间的座体内设有高压水腔(4)，在水喷嘴(5)远离激光窗(3)一侧的座体内设有贯通的气腔(6)，且所述气腔(6)靠近所述水喷嘴(5)的一端设有进气道(8)，激光光束(1)经聚焦透镜(2)聚焦射入座体中且焦点位于水喷嘴(5)处，高压水腔(4)内的高压水经所述水喷嘴(5)后形成水射流，且聚焦...
【专利技术属性】
技术研发人员：乔红超，曹治赫，赵吉宾，张旖诺，于永飞，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。