[发明专利]一种激光诱导双空泡的方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于激光技术领域，尤其涉及一种激光诱导双空泡的方法及装置。

背景技术

激光诱导空泡加工技术是利用空泡脉动和溃灭产生的冲击波作用于工件表面，与空气中激光加工技术相比较，具有材料氧化程度低，热效应影响小等特点。目前激光诱导空泡技术主要包含激光诱导液体介质产生空泡进行加工和激光聚焦液体介质中的待加工材料表面进行加工。前者具有可控性好、位置定位精确及冲击压强高等优势；后者通过液体介质约束表面等离子扩展，具有加工效果好，效率高等优势。

由于激光与液体介质相互作用的复杂性，很难透彻研究激光诱导空泡技术。如果能综合利用两种激光诱导空泡技术，产生双空泡，可叠加双空泡诱导的冲击波，加工效果倍增。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题提供一种激光诱导双空泡的方法及装置。当激光束辐射于液体介质，在激光聚焦处及待加工材料表面同时产生空泡，因此液体介质中的空泡诱导强冲击波和待加工材料表面空泡诱导产生的强冲击波两者叠加，反复或同时作用于待加工材料表面，改善材料表面强度等特性，具有冲击压强高、材料氧化程度低等优势，因此基于一种激光诱导双空泡的装置和方法具有广泛的应用前景。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的。

一种激光诱导双空泡的方法，其特征在于：待加工材料浸泡固定于液体介质中，激光垂直作用于液体介质和待加工材料表面，且满足：

J＝J₀+J₁+K·H+Q且H>R₀+R₁

在激光聚焦点和待加工材料表面产生双空泡；

其中：J为激光能量，J₀是液体介质的击穿阈值，J₁为待加工材料表面的击穿阈值，K为激光在液体介质中单位长度损耗系数，Q为激光能量富余度，H为激光聚焦点至待加工材料表面的距离，R₀为激光能量为J₀的激光作用于液体介质中产生的空泡半径，R₁为激光能量为J₁的激光作用于待加工材料表面产生的空泡的半径。

优选的，所述Q取值为0-200mJ/cm²。

优选的，所述待加工材料为铝、铜、铁、锌或钛合金中的一种。

优选的，所述液体介质是水、硅油或电解质溶液中的一种。

一种激光诱导双空泡的装置,包括激光器控制面板、激光器、反射镜、激光扩束系统，所述激光扩束系统包括激光扩束器和聚焦透镜，其特征在于：所述激光器控制面板与激光器相连接，控制激光器激光的输出；所述激光器发出的光束经过反射镜反射至激光扩束器上；所述聚焦透镜将激光扩束器的输出光束聚焦于待加工材料表面上方距离为H处；所述待加工材料浸泡固定于盛放液体介质的容器中；通过激光器控制面板设置激光能量参数为：

J＝J₀+J₁+K·H+Q，调节所述容器位置满足H>R₀+R₁；

其中：J为激光能量参数，J₀是液体介质的击穿阈值，J₁为待加工材料表面的击穿阈值，K为激光在液体介质中单位长度损耗系数，Q为激光能量富余度，H为激光聚焦点至待加工材料表面的距离，R₀为激光能量为J₀的激光作用于液体介质中产生的空泡半径，R₁为激光能量为J₁的激光作用于待加工材料表面产生的空泡的半径。

优选的，该装置还包括计算机，所述计算机与所述激光器控制面板连接。

优选的，该装置还包括三维移动平台和三维移动平台控制面板，所述容器至于三维移动平台上，所述三维移动平台控制面板分别与所述计算机和所述三维移动平台连接。

优选的，该装置还包括扩束聚焦系统控制面板，所述扩束聚焦系统控制面板分别与所述计算机和所述激光扩束系统。

优选的，所述待加工材料为钛合金，所述液体介质为水介质，其中J＝150mJ，H＝10mm。

由于加工作业在液体介质中进行，一种激光诱导双空泡的方法及装置具有以下有益效果：