0802裴宏源 激光冲击强化的作用
激光冲击强化的原理和应用
激光冲击强化的原理和应用1. 引言激光冲击强化是一种基于激光技术的金属表面处理方法，通过激光的高能量和高浓度束流对金属材料进行瞬间加热和快速冷却，以改善材料的力学性能和表面硬度。
本文将介绍激光冲击强化的原理和应用领域。
2. 原理激光冲击强化的原理基于激光在材料表面的作用。
当激光束照射到金属表面时，激光能量会被吸收并转化为热能。
这种热能的瞬时加热会导致局部温度升高，从而引起材料的熔化和损伤。
随后，激光在热膨胀过程中产生冷却速度快的凝固区域，通过迅速冷却可使凝固区域内的晶粒细化和固态相变等宏观结构改变发生。
这些结构改变可以显著提高材料的力学性能和表面硬度。
3. 应用领域激光冲击强化技术在以下几个方面得到了广泛应用：3.1 金属材料加工激光冲击强化可用于提高金属材料的抗疲劳性能和抗磨损性能。
通过激光冲击强化处理，金属材料的表面硬度可以明显提高，从而延长其使用寿命。
这在航空航天、汽车制造和机械加工等领域具有重要的应用价值。
3.2 电子器件制造激光冲击强化技术也可以用于电子器件的制造。
例如，在半导体行业中，激光冲击强化可以提高电子器件的导电性能和耐磨性能，从而提高整个电子器件的性能和可靠性。
此外，激光冲击强化还可以用于制造微电子器件和纳米器件。
3.3 医疗领域激光冲击强化技术在医疗领域也有重要应用。
例如，在人工关节和牙科种植领域，激光冲击强化可以提高金属和陶瓷材料的力学性能，从而增加人工关节的使用寿命和牙科种植的成功率。
此外，激光冲击强化还可以用于制造骨科植入物和医疗器械的表面处理。
3.4 其他应用领域除了以上几个主要应用领域外，激光冲击强化技术还在其他一些领域得到了应用。
例如，在船舶制造和海洋工程中，激光冲击强化可以提高金属材料的耐腐蚀性能和抗氧化性能，从而延长船舶的使用寿命。
在建筑领域，激光冲击强化可以用于加固建筑物的结构材料，提高抗震能力。
4. 结论激光冲击强化是一种基于激光技术的金属表面处理方法，通过激光的高能量和高浓度束流对金属材料进行瞬间加热和快速冷却，以改善材料的力学性能和表面硬度。
激光冲击强化技术原理及其应用研究
激光冲击强化技术原理及其应用研究下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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激光冲击强化的应用及问题
激光冲击强化的应用及问题作者：罗成来源：《科学与财富》2018年第18期摘要：激光冲击强化技术（LSP）是利用强激光束产生的等离子冲击波，提高金属材料的抗疲劳、抗腐蚀以及耐磨性能的新型技术。
本文在阅读了一定的相关文献后，对激光冲击强化的原理进行了简单描述，对激光冲击强化在高周疲劳和精密成型两个方面的应用进行了稍微提及。
同时，对激光冲击强化目前存在的问题笔者就自己的看法进行了提出。
关键词：LSP；高周疲劳；精密成型接触疲劳是两构件互相接触在力的作用下产生小片或小块状金属剥落而引起的表面失效。
随着科技的进步，激光冲击强化是近些年来越来越普遍的一种表面处理技术。
目前此种技术在各个国家都有应用，比如在美国，广泛应用于航空发动机关键结构件的表面强化。
一方面，它能提高金属的各方面性能，另一方面，它又能使得工序简单，影响小。
因此，它具有广阔的应用前景以及能产生巨大的经济效益。
激光冲击强化原理激光冲击强化原理图如下图所示，由高功率的脉冲激光通过约束层作用于目标材料的约束层上从而产生等离子体使得金属表面产生生塑性变形，获得表面残余压应力，从而提高材料的疲劳寿命强度。
目前，激光冲击强化技术的发展取得了巨大的成就，随着在某些领域零件的要求越来越苛刻，此项技术的应用领域也在与之同时的迅猛扩张，笔者主要介绍在高周疲劳与精密成形这两个领域的近期发展情况。
1.高周疲劳20世纪80年代，据美国调查，有95%以上的事故造成的原因都是由于疲劳断裂而引起的。
在20世纪初，美国首次在发动机叶片上应用成功并且专门设置了激光强化技术的生产线。
与国外相比，我国在激光强化方面起步较晚，但是一直以来，我国都没有停止过对激光冲击强化技术方面的研究，直到近些年来，我国才取得巨大的进展。
2008年在西安研究而成的连续脉冲激光冲击强化设备标志着我国拥有了使用激光冲击强化技术的能力。
2.精密成型既然激光冲击强化技术能够有效的改善提高金属的疲劳性能，自然而然的在精密成形方面会有巨大的应用前景。
激光冲击强化 标准
激光冲击强化标准
激光冲击强化是一种先进的表面处理技术，可以通过激光束对
材料表面进行高能量密度的冲击，从而显著提高材料的表面硬度、
耐磨性和抗疲劳性能。
这项技术在工业制造领域有着广泛的应用，
特别是在航空航天、汽车制造、电子设备和医疗器械等领域。
从技术标准的角度来看，激光冲击强化的标准主要包括对激光
设备、工艺参数、材料要求、强化效果评定等方面的规范。
例如，
针对激光设备，标准可能包括设备的功率范围、波长要求、脉冲频
率等技术指标；对于工艺参数，标准可能规定激光冲击的能量密度、冲击深度、冲击速度等参数的要求；对于材料要求，标准可能包括
被强化材料的种类、形状、表面质量等方面的要求；强化效果评定
方面的标准可能涉及表面硬度测试、显微组织观察、疲劳性能测试
等内容。
此外，激光冲击强化的标准还可能涉及安全规范、质量控制要求、环境保护等方面的内容。
这些标准的制定和遵循有助于确保激
光冲击强化工艺的稳定性、可靠性和安全性，推动行业的健康发展。
总的来说，激光冲击强化的标准化工作对于推动技术进步、规
范产业发展、提高产品质量具有重要意义。
通过遵循相关标准，可
以更好地保障激光冲击强化工艺的应用效果，促进相关行业的发展。
0802裴宏源 飞秒激光器的应用
飞秒激光器的应用飞秒激光器是仅以千兆分之一秒左右的超短时间放光的“超短脉冲光”发生装置。
飞是国际单位制词头飞托(femto)的缩写，1飞秒=1×10-15秒。
所谓脉冲光是仅在一瞬间放光。
照相机的闪光的发光时间是1微秒左右(即百万分之一。
秒)，所以飞秒的超短脉冲光只有其10亿分之一左右的时间放光。
众所周知，光速是以30万千米每秒(1秒间绕地球7周半)无与伦比快的速度飞驰而过，但是在1飞秒期间连光也只不过前进了0.3微米。
通常，我们用闪光摄影能够剪下活动物体的瞬间状态。
同样如果用飞秒激光器闪光，则连以剧烈速度进行化学反应的过程，都有可能看到其反应的每个片断。
为此，可以使用飞秒激光器来研究化学反应之谜。
一般的化学反应是在经过能量高的中间状态，即所谓的“活性化状态”后进行。
活性化状态的存在早在1889年已由化学家阿雷尼厄斯从理论上预言，但是因为是在极短瞬间存在，所以无法直接地观察。
但是1980年代末通过飞秒激光器直接证明了它的存在，这是用飞秒激光器查明化学反应的一个例子。
如环戊酮分子经活性化状态分解为一氧化碳与2个乙烯分子。
现在飞秒激光器还应用于物理、化学、生命科学、医学、工程等广泛领域，特别是光与电子携手，期待在通信或计算机、能源领域开辟各种新的可能性。
这是因为光的强度几乎可以毫不损耗地从一地到另一地传输大量信息，使光通信进一步高速化。
在核物理学的领域，飞秒激光器带来了巨大冲击。
因为脉冲光具有非常强的电场，在1飞秒内有可能将电子加速到接近光速，所以，能够用于加速电子的“加速器”。
如上所述，在飞秒内的世界连光都被冻结得无法前进很远，但是即使这个时间尺度，在物质中的原子、分子以及计算机芯片内部的电子在电路内依旧运动。
如果使用飞秒脉冲就能让其瞬间止住，研究发生了什么。
除了闪光让时间止住外，飞秒激光器还能够在金属上钻出直径最小达200纳米(万分之二毫米)的微孔。
这意味短时间内被压缩锁定在里面的超短脉冲光获得超高输出的惊人效果，而且对周围不产生额外损伤。
激光冲击强化技术原理
激光冲击强化技术原理
激光冲击强化技术是一种利用激光脉冲能量在材料表面产生高温、高压和高速度效应，从而改善材料表面性能的先进技术。
通过激光的高能量和短脉冲时间，可以在较小的区域
内产生高温和高压，从而使材料在短时间内发生隆起和微爆裂，形成显著的压缩位错和塑
性形变区域，进而改善材料表面的力学性能、耐腐蚀性能以及磨损性能等方面的性能。
激光冲击强化技术的原理主要涉及激光脉冲能量与材料相互作用的过程。
激光脉冲能
量的传递过程是一个复杂的热载荷作用及热传递过程的相互作用过程。
当激光脉冲能量到达材料表面时，瞬间产生高温和高压，同时产生膨胀应力。
此时，
热负荷和应力隐藏在材料内部，经过一段时间的沉积确实起到提高材料表面性能的作用。
此外，激光冲击强化技术会产生大量的位错和裂纹，其中部分绕过形成压缩塑性区域，进
而增加材料的表面硬度和抗疲劳性能。
由于激光脉冲能量非常集中，因此在微观尺度下的作用效果远远高于传统表面处理工艺。
该技术不仅可以提高材料表面硬度和延展性，而且可以使材料的表面平整度和平滑度
得到显著提高，从而大幅度降低磨损和摩擦系数。
此外，由于激光脉冲能量的高速脉冲和
非常小的冲击区域，因此可以避免产生冷却过渡区域，达到材料表面的均质性。
总之，激光冲击强化技术是一种先进的表面处理技术，可以显著提高材料表面性能，
并更有效地应用于高温、高压、高速等条件下的重载工况下。
在航空航天、海洋石油、汽
车制造等领域中有广泛的应用前景。
冲击强化的原理和应用
冲击强化的原理和应用引言冲击强化是一种提高材料硬度和强度的重要方法，在工程领域中有广泛的应用。
本文将介绍冲击强化的基本原理以及其在不同领域的应用。
基本原理冲击强化通过在材料表面施加高速冲击力，产生压缩应变，从而改善材料的性能。
其基本原理可概括如下： 1. 冲击力产生：冲击强化通常是通过用冲击工具（如锤头或冲击钻）在材料表面上施加高速冲击力来实现的。
冲击力的大小和频率是决定冲击强化效果的关键因素。
2. 压缩应变产生：被冲击的材料在冲击力的作用下会发生压缩变形，产生局部应变。
这种压缩应变可以使材料晶界重新排列并引起奥氏体相变，从而提高材料硬度和强度。
3. 形变限制：冲击强化还需要在材料表面施加一定程度的形变限制，以防止材料在冲击过程中塑性变形过大。
这通常通过在材料表面形成覆盖层或使用辅助工具来实现。
应用领域冲击强化在许多领域中都有着广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：1. 金属材料强化冲击强化在金属材料中的应用非常广泛。
在航空航天和汽车工业中，冲击强化可以提高金属部件的硬度和强度，增加其耐久性和抗疲劳性。
此外，冲击强化还可以减少金属材料的晶界滑移，防止晶体变形和晶界蠕变。
2. 工具和刀具强化冲击强化在工具和刀具制造中也有重要的应用。
通过对刀具表面进行冲击强化处理，可以提高刀具的硬度和耐磨性，延长其使用寿命。
冲击强化还可以减少切削力，改善切削质量，提高加工效率。
3. 钢轨和铁道强化冲击强化可以有效地提高铁路轨道的硬度和强度，减少铁轨面的磨损和变形。
通过使用冲击强化技术，铁路轨道的寿命可以显著延长，同时减少对列车运行的影响。
4. 石材加工在石材加工领域，冲击强化可以提高石材的硬度，减少开采和加工过程中的损耗。
冲击强化还可以改善石材的纹理和外观，增加其市场竞争力。
研究进展近年来，冲击强化技术得到了广泛的关注和研究。
研究人员正在努力开发新的冲击强化技术，以提高冲击强化的效率和精度。
一些最新的研究进展包括： 1. 高能量激光冲击强化：通过使用高能量激光，可以在材料表面产生更高强度的冲击力，实现更高水平的冲击强化效果。
激光冲击强化对变形控制的影响研究
激光冲击强化对变形控制的影响研究一、激光冲击强化技术概述激光冲击强化技术是一种利用高能激光脉冲对材料表面进行处理的先进表面改性技术。
该技术通过激光与材料表面的相互作用，产生高速等离子体，进而对材料表面施加冲击波，以改善材料的表面性能。
激光冲击强化技术能够有效提高材料的疲劳寿命、抗腐蚀性和耐磨性，因此在航空航天、汽车制造、能源工业等领域得到了广泛的应用。
1.1 激光冲击强化技术原理激光冲击强化技术的核心原理是利用高能激光脉冲在材料表面产生等离子体，等离子体的膨胀产生冲击波，这些冲击波穿透材料表面，引起材料内部的塑性变形，从而实现材料表面的强化。
激光冲击强化过程中，材料表面的温度升高，但不会超过材料的熔点，因此不会对材料造成热损伤。
1.2 激光冲击强化技术的应用场景激光冲击强化技术的应用场景非常广泛，主要包括以下几个方面：- 航空航天：在航空航天领域，激光冲击强化技术被用于提高飞机发动机叶片、外壳等关键部件的疲劳寿命和抗腐蚀性。
- 汽车制造：在汽车制造领域，激光冲击强化技术可以提高汽车发动机部件、传动系统等的耐磨性和抗疲劳性能。
- 能源工业：在能源工业，激光冲击强化技术用于提高风力发电机叶片、核电站压力容器等设备的耐久性。
二、激光冲击强化对变形控制的影响激光冲击强化技术在提高材料性能的同时，也对材料的变形控制产生了重要影响。
通过对材料表面进行精确的激光冲击处理，可以实现对材料变形的有效控制，这对于精密制造和结构设计具有重要意义。
2.1 激光冲击强化对材料微观结构的影响激光冲击强化过程中，材料表面受到冲击波的作用，导致材料内部的微观结构发生变化。
这些变化包括晶粒细化、位错密度增加、相变等，这些微观结构的变化直接影响材料的宏观力学性能，如硬度、韧性和疲劳强度。
2.2 激光冲击强化对材料表面粗糙度的影响激光冲击强化技术在改善材料表面性能的同时，也会对材料表面粗糙度产生影响。
激光冲击处理后的表面粗糙度通常会降低，这是因为激光冲击波能够去除材料表面的缺陷和不平整，从而实现表面平滑化。
激光冲击强化技术
激光冲击强化技术摘要：本文主要从作用机理、强化机理及影响因素等方面系统的介绍了激光表面强化技术。
关键词：激光表面强化、冲击波、晶粒细化Laser Shock Processing TechnologyAbstract: This article mainly introduces Laser shock processing (LSP) from the respect of the interaction mechanism, the strengthening mechanism and the influencing factors.Keyword：LSP ，shock wave， grain refinement1 引言激光冲击强化技术((Laser shock processing，简称LSP)作为一种新兴的表面改性处理技术起始于上世纪六十年代，也是当代具有重要意义的自然科学发明之一。
在激光表面处理技术应用之初，科学家们意外发现激光脉冲可以产生肉眼无法察觉的冲击波，如果冲击波能够连续作用于金属表面，会在金属表层形成压应力，这种压应力远大于材料本身的屈服强度，能够在金属表面形成一定深度的高幅值残余压应力层，使表层材料得到硬化，晶粒细化，通过这种方式可以实现对材料的性能的强化处理[1]。
激光表面处理技术在发展过程中出现了多种形式的处理方法，包括主要激光相变硬化(Laser Hardening)、激光熔覆(Laser Cladding)、激光表面合金化(Laser Alloying)、激光冲击强化处理(Laser Shock Processing，LSP)、激光冲击成形技术(Laser Shock Forming，LSF)等[1]。
作为一项相较于传统工艺，清洁高效的高新技术，目前激光表面处已经广泛应用于军工国防、航空航天等领域，例如微精密设备的小孔强化，损伤叶轮修复以及水下设备的抗腐蚀性强化和焊缝延寿等。
激光冲击强化机理研究
激光冲击强化机理研究近年来，激光冲击强化技术已被广泛应用于工程机械和航空航天领域，通过对金属材料进行激光抛光处理，可以改善其力学性能，提高寿命和可靠性。
因此，研究激光冲击强化的机理尤为重要。
本文将介绍激光冲击强化的机制，包括激光作用机理、材料力学性能改变机理以及激光冲击与冲击强度的关系。
激光作用机理激光以高能量脉冲的形式激发物体表面，使表面受到极高的冲击力，从而使本来稳定的材料状态发生变化。
激光冲击时，表面下游层瞬间膨胀，形成一种流体态气泡，该气泡具有较高的温度和压力，当气泡爆炸后，就会形成一个热膨胀压力波，并将其传播到表面下层，其中的有害元素和不稳定因素随着气泡的爆炸而被清除。
随后，这种较大压力波将材料深层次改变。
材料力学性能改变机理激光改变材料表面力学性能的主要原因是激光冲击引起的深层次改变，包括表面压缩、内部拉伸、表面粗糙度变化和应力局部累积等作用。
表面压缩，即激光冲击造成的表面形变，其产生的力学效果是表面压缩、表面压强度增加以及表面硬度增加。
通过对金属材料的压缩可以使其表面不易被本身及环境中的有害因素侵蚀，从而改善材料的抗腐蚀性能。
内部拉伸，即激光冲击处理后材料的表面形变，其产生的力学效果是内部受力，表面层应力分布改变，表面弹性模量增大，抗弯曲强度提高。
通过增强材料内部结构，可以改善金属材料的力学性能，提高其可靠性和耐久性。
表面粗糙度变化，即激光改变材料表面微结构，使表面毛糙度改变，表面摩擦系数降低。
这样可以改善材料的表面质量，从而提高表面绝缘性和耐冲击性能。
应力局部累积，即激光改变材料表面受力结构，产生局部应力累积。
通过增强其表面应力分布，可以改善材料的抗冲击性能，减少材料表面的疲劳损伤。
激光冲击与冲击强度的关系激光冲击强化一般是根据冲击强度来进行处理的，其特点是冲击强度越高，材料的力学性能改变越明显。
激光作用机理的实际结果，是表面下游层以大量的热能和压缩应力迅速改变。
当冲击强度超过一定阈值时，材料的力学性能将显著改变，从而提高其可靠性和耐久性。
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激光冲击强化的作用
激光冲击强化技术作为一种高新材料表面处理办法，可以有效提升金属材料的抗疲劳性能，在航空飞机/发动机制造业具有重要意义，且关系到国防航空装备，因此掌握该技术的欧美国家对我国实施技术封锁。
天瑞达公司立足国内研发力量，致力于激光冲击强化成套设备的系统集成与工业应用自动化控制开发。
依托空军工程大学的激光冲击强化理论与工艺研究，不断持续改进成套设备的可靠性与可控性。
激光冲击强化项目要真正从实验室走向工业化生产，必须满足的条件就是提高系统的自动化程度和可靠性，对强化过程的实时监控，这样才能保证激光冲击强化部件的质量。
目前在激光冲击强化技术在我国工业应用推广，成套设备是关键问题，首先我们需要知道激光冲击强化成套设备需要什么样的高功率激光器。
激光冲击强化技术最初开发于20世纪70年代初的美国贝尔实验室，我国著名物理学家钱临照教授早在60年代也提出过这方面的思想。
1972年，美国巴特尔学院（Battelle Memorial Institute）的Fairand B.P.等人首次用高功率脉冲激光诱导的冲击波来改变7075铝合金的显微结构组织以提高其机械性能，从此揭开了用激光冲击强化应用研究的序幕。
1978年秋，该实验室的Ford S.C等人与美国空军实验室联合，进行激光冲击改善紧固件疲劳寿命的研究，结果表明激光冲击强化可大幅度提高紧固件的疲劳寿命。
当时由于缺少可靠的、高脉冲频率的大功率激光器而未能实用化。
上世纪80年代后期，欧洲、日本、以色列等国家和地区纷纷开展了激光冲击强化技术研究。
但从公开报道的资料看，到目前为止，国际上还只有美国将激光冲击强化实际应用。
上世纪90年代在美国高频疲劳研究国家计划等支持下，美国利佛莫尔国家实验室和GE、MIC公司等联合深入开展了激光冲击强化技术的理论、工艺和设备的研究，使激光冲击强化技术获得了很大发展，逐步走向了实用，用于F110、F101、F414等发动机的生产和修理。
其中，F110、F101发动机在使用中发生多次风扇叶片故障，迫使F101每飞25小时和F110每天第一次飞行前要做一次能够发现0.127mm 裂纹的精细检查，采用激光冲击强化解决了这一问题。
进入21世纪之后，激光冲击强化技术的应用取得了长足的进展。
美国空军为提高激光冲击强化生产效率做出了很大的努力，设置了4个重要的制造技术计划(Air Force Manufacturing Technology Programmes)，取得了许多重要进展，解决了提高激光冲击
强化生产效率和可移动式生产等工业应用问题。
2002年以来，美国已将激光冲击强化大规模用于航空部件的制造和修理中，例如，美国MIC公司将激光冲击强化技术用于军民用喷气发动机叶片以改善其疲劳寿命，不但提高了飞机发动机的安全可靠性，而且每月可节约飞机保养费几百万美元、节约零件更换费几百万美元。
美国预计仅仅战斗机发动机叶片的处理，就能节约成本超过10亿美元。
2003年，美联邦航空局（FAA）和日本亚细亚航空（JAA）将激光冲击强化批准为飞机关键件维修技术，当年这项技术即被用于波音777飞机的零部件处理
2004年，美国激光冲击技术公司（LSP Technologies, Inc., LSPT）与美国空军实验室开展了F/A-22上F119发动机钛合金损伤叶片激光冲击强化修复研究，对具有微裂纹、疲劳强度不够的损伤叶片，经过激光冲击处理后，疲劳强度为413.7MPa，完全满足叶片使用的设计要求379MPa，取得了巨大成功。
此外，对叶片楔形根部进行激光冲击处理后，其微动疲劳寿命至少提高25倍以上。
目前，激光冲击强化技术已大量用于F119-PW-100发动机整体叶盘等部件的生产。
LSP公司还提出了对飞机蒙皮铆接结构强化的专利，应用可移动激光设备在飞机装配现场对铆接后的铆钉及其周围强化，效果明显。
从2005年开始美国又将激光冲击强化逐步扩大到大型汽轮机、水轮机叶片以及石油管道、汽车关键零部件等的处理。
据报道仅石油管道焊缝的处理就能达到10亿美元以上的收益。