激光照射设备和激光喷丸处理方法技术

实施例是要提供一种激光照射设备和一种激光喷丸处理方法，通过它们甚至能够容易地通过激光喷丸处理存在于狭窄部分中的待加工构件。根据所述实施例的激光照射设备1包括：光纤2，其引导激光通过；置于光纤2的一端上的聚光透镜3，所述聚光透镜和所述光纤限定了所述激光的光路；保持所述光纤2的引导部4；以及用于改变所述光纤2的位置的移动机构5，其中，以通过聚光透镜3被改变为相对于光纤2的中心轴的大于0°并且小于90°的角度来发射通过光纤2引导的激光的光路。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的实施例涉及激光照射设备和激光喷丸处理(laser peening treatment)方法。
技术介绍
在核发电设施中，将自动仪器安装在熔炉中，已经访问了熔炉中的仪器，并在定期检修期间实形各种维护处理。特别提出了激光加工方法和设备作为对SCC的对抗措施，所述激光加工方法和设备能够有效地防止出现由焊接处的残留的张应力所导致的应力腐蚀开裂(SCC)。具体而言，这样的激光加工方法的其中之一是激光喷丸。激光喷丸是一种金属表面处理方法，实施所述方法是为了改善金属设备或类似物的疲劳强度、耐磨度、耐腐蚀度和/或类似性质。在所述方法中，用脉冲激光照射金属的表面，在照射中生成的冲击波传播到金属的内部，并且由冲击波产生的比金属的屈服应力更具动态性的应力导致塑性形变。因此，将在金属的内部出现织构形变等，并且施加了压缩残余应力。将具体描述通过这样的激光喷丸实施的金属表面处理。首先，用脉冲激光照射作为待处理的构件的金属构件的表面。在该情况下，例如，使用具有大约几纳秒(ns)的脉冲宽度的激光束通过聚光透镜将光会聚到具有大约1mm的直径的光斑上，并用所述光照射金属构件。照射允许金属构件的表面吸收能量并且变为等离子体。在金属构件的表面覆盖有对于所述激光束的波长而言透明的液体时，所述液体防止所生成的等离子体扩展，以提高等离子体的内部压力。例如，所述压力达到大约几千兆帕(GPA)。所述压力对构件进行冲击，从而生成强冲击波。冲击波传播到金属构件的内部，以引起塑性形变，继而施加压缩残余应力。激光喷丸的特征在于，其喷丸效应比诸如冲击喷丸或喷水喷丸等其它喷丸的喷丸效应更不易受材料强度等的影响，并且其喷丸效应抵达具有从
待处理的构件的表面开始大约1mm的深度的内部。激光喷丸还具有在加工期间几乎不会引起反作用力的生成、以及允许容易地缩小加工设备的尺寸以在狭窄部分中得到良好的加工性能的特征。但是，可能难以向仅具有非常狭窄空间的待处理构件的内部施加激光喷丸。例如，通过焊接将喷嘴接合至压水反应堆的压力容器的上盖，并将热套管插入到喷嘴内部。甚至在想要向焊接了这样的喷嘴的部位施加激光喷丸时，在喷嘴的内表面与这样的热套管之间仅存在(例如)大约3mm的缝隙，因此难以使用常规的激光喷丸来在这样的狭窄部分内执行作业。例如，有一种想法是使用光纤等将激光引导到这样的狭窄部分；但是由于用来从光纤的前缘执行照射的激光受到沿光纤的轴向的照射，因而需要改变光路才能利用用来从光纤执行照射的激光来照射所处位置与光纤的插入方向平行的待处理的构件。因而，提出了一种设备作为用激光照射具有这样的狭窄部分的待处理构件的表面的方法，在所述设备中，具有弯曲表面的无芯光纤连接至光纤的端面，并沿垂直于光纤轴向的方向会聚用来从光纤执行照射的激光。但是，由于光纤的中心轴与待加工构件之间的距离和狭窄部分的情况中一样短，即使打算沿垂直于光纤轴向的方向会聚光，也可能造成用于对光进行会聚的距离不够，继而引起较低的所生成的冲击波。一般而言，激光照射所生成的冲击波的能量在位于受光照射的部位正上方的部分中变得最大。因此，用来自光纤前缘的处于垂直方向的激光进行照射允许光纤的前缘接收到具有高能量的冲击波，并且因此能够使光纤的前缘受到损害。附图说明图1是示出根据第一实施例的激光照射设备的示意性截面图；图2是示出应用激光照射设备来加工核反应堆堆芯内部结构的状态的说明图；图3是图2中的光照射部分的放大的概念图；图4是示出根据第二实施例的激光照射设备的示意性截面图；图5是示出根据第三实施例的激光照射设备的示意性截面图；图6是示出根据第四实施例的激光照射设备的构造的示意性截面图；图7是用于解释另一激光照射设备的截面图；图8是用于解释根据第五实施例的激光照射设备中的聚光透镜的概念图；图9是示出根据第六实施例的激光照射设备的构造的示意性截面图；图10是根据第六实施例的激光照射设备中的定位机构部分的示意性截面图；图11是示出根据第七实施例的激光照射设备的构造的示意性截面图；图12是示出根据第八实施例的激光照射设备的构造的示意性截面图；图13是示出根据第九实施例的激光照射设备中的设置在引导部中的探测器及其周围构造的局部截面图；以及图14是用于解释用于通过根据第九实施例的激光照射设备中的多个探测器来探测光纤和引导部的倾斜度的技术的说明图。具体实施方式根据实施例的激光照射设备包括：引导激光通过的光纤；置于光纤的一端上的聚光透镜，所述聚光透镜和所述光纤限定了所述激光的光路；保持所述光纤的引导部；以及用于改变所述光纤的位置的移动机构，其中，以通过所述聚光透镜改变为相对于所述光纤的中心轴大于0°并小于90°的角度来发射被引导通过所述光纤的所述激光的光路。现在将参考附图来解释实施例。(第一实施例)将参考附图来描述根据第一实施例的激光照射设备。在图1中，省略了从激光照射设备的激光振荡器到光纤的中间的视图，并且仅示出了从光纤的中间到用于光照射的端面的部分。图1是示出根据第一实施例的激光照射设备的示意性截面图。如图1所示，激光照射设备1包括：用来引导诸如脉冲激光等激光的光纤2；置于光纤2的一端上的聚光透镜3，聚光透镜3和光纤2限定了用来从激光振荡器执行照射的激光的光路；保持光纤2的引导部4；以及用于改变光纤2的位置的移动机构5。在本实施例中，将聚光透镜3接合至光纤2的一端的端面。激光可以不是脉冲激光，而可以例如是连续激光。光纤2包括用来使激光的光路通过的纤芯2-1和覆盖纤芯2-1的包覆层2-2。使用石英或多成份玻璃等作为形成纤芯2-1的材料。使用石英、硅酮、含氟聚合物或多成份玻璃等作为形成包覆层2-2的材料。为了调整纤芯2-1或包覆层2-2的折射率，还有可能向纤芯2-1添加锗或磷，或者向包覆层添加硼或氟。还有可能使用塑料光纤，其中，在纤芯2-1中使用诸如聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯或聚苯乙烯等聚合物，并且在包覆层2-2中使用含氟聚合物。在本实施例中，光纤2的结构不受限制，只要能够引导激光通过光纤2即可。光纤2的厚度等不受特定限制，并且对于将激光照射设备1用在狭窄部分的加工中的情况，较小的光纤2的直径是优选的。相反，对于用较强激光进行照射的情况，较大的光纤2的直径是优选的。因而，从使用激光照射设备1来加工狭窄部分并使能以较强激光进行照射的角度来看，光纤2的直径优选为1到5mm，更优选为1.2到3mm。通过粘合或熔合将聚光透镜3接合至光纤2的用于用激光进行照射的端面。例如，可以使用包括直径大于光纤2的纤芯2-1的直径的光学透镜的一部分的聚光透镜作为聚光透镜3。可以使用诸如上文所述的光纤2的纤芯2-1的材料等材料作为用来形成聚光透镜3的材料。从提高对激光照射中生成的冲击波的耐受性的角度来看，可取的是使用蓝宝石玻璃(Al2O3)或金刚石等作为聚光透镜3的材料。作为激光的光源的激光振荡器(未示出)耦合至光纤2的另一端面(未示出)。在本实施例中，激光振荡器发射诸如脉冲激光等激光，以将激光照射设备1用于激光喷丸中。但是，对于在除了激光喷丸之外的应用和/或类似物中使用激光照射设备1的情况而言，可以发射除了脉冲激光以外的激光。主要通过光纤2和聚光透镜3对来自激光照射设备1的激光的光路进行控制。激光在光纤2的纤芯2-1中行进，同时受到纤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光照射设备，包括：光纤，其引导激光通过；置于所述光纤的一端上的聚光透镜，所述聚光透镜和所述光纤限定了所述激光的光路；引导部，其保持所述光纤；以及移动机构，其用于改变所述光纤的位置，其中，以通过所述聚光透镜被改变为相对于所述光纤的中心轴大于0°并且小于90°的角度来发射被引导通过所述光纤的所述激光的所述光路。

【技术特征摘要】
2015.04.03 JP 2015-076832;2015.09.29 JP 2015-190711.一种激光照射设备，包括：光纤，其引导激光通过；置于所述光纤的一端上的聚光透镜，所述聚光透镜和所述光纤限定了所述激光的光路；引导部，其保持所述光纤；以及移动机构，其用于改变所述光纤的位置，其中，以通过所述聚光透镜被改变为相对于所述光纤的中心轴大于0°并且小于90°的角度来发射被引导通过所述光纤的所述激光的所述光路。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述聚光透镜是直径大于所述光纤的纤芯的直径的光学透镜的部分；并且所述光纤的所述中心轴与所述光学透镜的光轴彼此不一致。3.根据权利要求1所述的设备，其中，相对于所述光纤的所述中心轴倾斜地对所述光纤的较靠近所述聚光透镜的端面进行切割。4.根据权利要求1所述的设备，其中，经由光纤透镜使所述光纤与所述聚光透镜彼此接合。5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：野村航大，千田格，椎原克典，市川博也，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：日本;JP