激光冲击波技术用于材料加工的研究进展
激光喷丸表面强化技术的研究综述
杨启 大连理工大学博士研究生，许昌
学院讲师，研究方向为航空钛合金的 微动疲劳损伤及表面强化技术、金属 材料的失效分析及强韧化处理。
随着世界工业领域的不断发展， 各种极端和复杂条件下的工程需求 日益增加，人们对机械装备构件的综 合性能提出了更高要求。尤其在关 乎国家安全与发展的重大领域，如航 空、航天、航海、石化、电力等，尺寸超 大或精密的关键零部件具有举足轻 重的地位，其性能要求也愈发严苛。 此类构件大多造价不菲且不易更换， 如何进一步提升其机械性能，延长服 役期限，是世界科研工作者面临的共 同问题。学者们研究发现，在实际应 用中，材料的失效大多发生在表面或 亚表面。因此，表面强化的理念开始 出现并被逐步认可，现已成为众多机 械产品，尤其是关键零部件制造过程 中的关键工序，直接催生了各类表面 强化技术的蓬勃发展 。 [1–3]
观结构和硬度产生影响。1972 年， Benjamin Wilcox 团队 [20] 采用功率 密度为 1.2~2.2GW/cm2、脉宽 32ns 的
米量级，其诱导的冲击波峰值压力可 达吉帕（GPa）量级。超高压力引起的 靶材应变速率可达到 107s–1 量级，较之
所产生的反冲压力。1964 年，美国 国家航天局（NASA）的 Neuman[17] 研究发现，采用 50ns 的激光脉冲所
吸收层（又称烧蚀层，常用铝箔、黑 面的选择性定域化处理。
得显著的冲击压力。这一突破性成
漆）的工件表面，如图 1 所示 [14]。吸
总体上看，激光喷丸技术具有良 果为后续几年探索激光诱导冲击波
收层受激光辐照迅速气化、电离，形 好的柔性和适应性，在宏、微观表面 作为材料加工工具的研究打开了大
成等离子体。等离子体持续吸收能 工程领域具有广泛的应用前景。本 门。不久后，学者们就开始关注激光
激光选区熔化成形技术的发展现状及研究进展
一、激光选区熔化成形技术简介
激光选区熔化成形技术是一种将粉末材料逐层堆积成形的工艺方法。在加工 过程中，高能量密度的激光束对金属粉末进行扫描和熔化，并在短时间内快速冷 却凝固，逐层堆积成复杂的三维零件。该技术具有高精度、高速度和高效率等特 点，被广泛应用于航空航天、汽车、医疗等领域。
二、发展现状
3、铝合金选区激光熔化成形的 力学性能与显微组织
选区激光熔化成形的铝合金材料具有较高的强度和硬度，同时具有良好的耐 磨性和耐腐蚀性。研究者们通过研究不同工艺参数对铝合金显微组织和力学性能 的影响，揭示了显微组织和力学性能之间的内在。例如，通过优化工艺参数，可 以得到细小的晶粒和均匀的相分布，从而提高材料的力学性能。
1、铝合金粉末制备与特性
选区激光熔化成形铝合金的关键之一是制备高质量的铝合金粉末。目前，铝 合金粉末的制备方法主要包括雾化法、机械合金化法、化学法等。其中，雾化法 作为一种常用的制备方法，得到的粉末具有球形度高、粒径分布窄、成分均匀等 优点。然而，雾化法也存在一定的局限性，如设备成本高、生产效率低等。因此， 研究不同制备方法对铝合金粉末特性的影响，有助于优化选区激光熔化成形的材 料体系。
激光选区熔化成形技术的发展现状 及研究进展
目录
01 一、激光选区熔化成 形技术简介
02 二、发展现状
03 三、研究进展
04 四、结论
05 参考内容
激光选区熔化成形技术（Selective Laser Melting，SLM）是一种重要的 金属加工和增材制造技术。自20世纪90年代初问世以来，该技术在全球范围内得 到了广泛和研究。本次演示将介绍激光选区熔化成形技术的发展现状及研究进展。
参考内容
随着制造业的快速发展，选区激光熔化成形（Selective Laser Melting, SLM）技术作为一种先进的金属成形方法，在近年来得到了广泛和应用。该技术 主要利用高能量激光束对金属粉末进行逐层选择性熔化，实现复杂形状零件的近 净成形。铝合金作为一种轻质、高强、耐腐蚀的材料，在航空、航天、汽车等领 域具有广泛的应用前景。本次演示将综述近年来选区激光熔化成形铝合金材料体 系的研究进展，主要包括以下几个方面：
激光熔覆技术研究现状及其发展
激光熔覆技术研究现状及其发展一、本文概述激光熔覆技术，作为一种先进的表面处理技术，近年来在材料科学、机械制造、航空航天等领域引起了广泛关注。
本文旨在全面综述激光熔覆技术的研究现状及其发展趋势，以期为相关领域的研究人员和技术人员提供有价值的参考。
文章首先将对激光熔覆技术的基本原理、特点及其应用领域进行简要介绍，然后重点分析当前激光熔覆技术的研究热点和难点，包括材料选择、工艺优化、性能评估等方面。
在此基础上，文章将探讨激光熔覆技术的发展趋势和未来展望，包括新材料、新工艺、新技术的应用以及环境友好型、智能化、高效化的发展趋势。
通过本文的综述，读者可以对激光熔覆技术的最新研究成果和发展动态有一个全面而深入的了解，为相关领域的研究和实践提供有益的借鉴和指导。
二、激光熔覆技术的研究现状激光熔覆技术自问世以来，就凭借其独特的优势在材料科学与工程领域引起了广泛的关注和研究。
该技术以其高精度、高能量密度和快速加热冷却过程等特点，使得在材料表面实现高质量、高性能的熔覆层成为可能。
随着科技的不断发展，激光熔覆技术的研究现状呈现出以下几个主要特点。
在材料选择方面，激光熔覆技术已经不仅仅局限于金属材料的熔覆。
近年来，陶瓷、高分子材料甚至复合材料的激光熔覆也开始得到研究，这极大地扩展了激光熔覆技术的应用范围。
同时，对于金属材料的熔覆，也逐步实现了多元化，涵盖了铁基、镍基、钴基等多种合金材料。
在熔覆过程控制方面，研究者们通过引入数值模拟、智能控制等技术手段，实现了对激光熔覆过程更为精准的控制。
这包括对激光功率、扫描速度、送粉速度等关键参数的优化，以及对熔池温度、形貌的实时监控和调控。
这些技术的发展，使得激光熔覆的质量稳定性和重复性得到了显著提升。
再次，在熔覆层性能提升方面，研究者们通过设计合理的熔覆层结构和成分，实现了对熔覆层硬度、耐磨性、耐腐蚀性等多种性能的提升。
同时，还通过引入纳米颗粒、增强相等手段，进一步优化了熔覆层的显微组织和性能。
水导激光技术的国内外研究进展
水导激光技术的国内外研究进展作者：弋慧丽来源：《中国科技博览》2015年第28期[摘要]激光技术自产生以来便对人类的生产和生活产生了十分重要的影响，随着技术的不断进步，各种类型的激光技术逐渐被人们运用的生产过程中，其中水导激光技术便是其中一项在近几年来比较受关注的技术之一。
为了对水导激光技术有更好的了解，本文查阅了相关的国内外参考文献，在充分阅读文献的基础上对水导激光技术在国内外的研究进展进行了总结，并对国内外的研究重点进行了比较，总结了水导激光技术在国内外的研究进展，为以后水导激光技术的发展奠定了坚实了基础。
[关键词]水导激光水束激光束中图分类号：F840.61 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）28-0305-01激光技术可谓是二十世纪最伟大的发明之一，对高新技术的发展具有重要的意义，已经在加工材料、检测、军事、生命科学等多个领域进行了广泛的应用。
水导激光（Water-jet guided laser）是激光技术中比较特殊的一种类型，其原理类似于激光在光纤中传播的原理，水的折射率与空气是不同的，激光可以再水里进行全反射，其能量便被限制在水束中，并可以经过高压水束的引导将聚集的激光束传输到代加工物品的表面，从而实现对代加工物品的工作[1]。
水导激光自出现以来，对精细加工的发展中发挥着重要的作用，但是我国该项技术的起步较晚，国外已经形成了一系列围绕水导激光的专利，因此，本文主要对水导激光在国内外的研究进展进行阐述，为我国水导激光的发展提供理论依据。
1. 水导激光的国外研究进展水导激光在文艺复兴时期便出现过，但是直到1886年才有学者对其进行了文献记载，Colladon教授在其研究中首次记录了水导激光的应用，但是仍处于研究阶段[2]，直到1993年，瑞士学者才将水导激光运用到相关材料的加工中，而水束则在整个加工过程中发挥着引导和冷却的作用。
2002年，Tomokazu等[3]对飞秒激光微纳三维加工技术进行了深入的研究，并研究出空间分辨率高达100纳米的三维微结构，当时的研究已经非常先进，技术基本达到要求，但是却由于对加工材料的要求高而缺乏可加工的材料。
激光对2Cr13冲击韧性影响研究
激光对2Cr13冲击韧性影响研究周鹏程;冯爱新;聂贵锋;王俊伟;韩振春;施芬;李彬【摘要】In order to research the influence of laser shock processing( LSP) on 2Crl3 steel's impact toughness,2Crl3 martensite stainless steel was strengthened by laser shock processing. Impact toughness and residual stress were measured. The microstructure and fracture surface were observed as a function of laser shock processing parameters. The results show that the impact toughness increases as the laser power density increases when laser power density is within an appropriate range. The compressive residual stress is induced by laser shock processing. The micro-structure of the shock zone was fractured and studied. From the micrograph of the fracture surface, the morphologies exhibit brittle fracture. The dimple is increased with LSP,so the impact toughness is improved.%为了研究激光冲击强化对马氏体不锈钢2Cr13冲击韧性的影响,选用不同激光工艺参数对2Cr13马氏体不锈钢进行激光冲击强化,测定了激光冲击前后的冲击韧性,残余应力,观察了冲击试样的显微组织以及冲击断口.研究结果表明:选择合适的激光功率密度能有效改善材料的冲击韧性,过大的激光功率密度反而降低材料的冲击韧性性能；激光冲击后在表层产生了较高的残余压应力；激光冲击区的材料组织发生碎裂；从冲击断口观察发生了沿晶断裂,激光冲击增加了韧窝的产生,冲击韧性得到了提高.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2012(042)011【总页数】4页(P1235-1238)【关键词】激光冲击;2Cr13不锈钢;冲击韧性【作者】周鹏程;冯爱新;聂贵锋;王俊伟;韩振春;施芬;李彬【作者单位】江苏大学机械工程学院,江苏镇江212013;江苏大学机械工程学院,江苏镇江212013;江苏大学机械工程学院,江苏镇江212013;江苏大学机械工程学院,江苏镇江212013;江苏大学机械工程学院,江苏镇江212013;江苏大学机械工程学院,江苏镇江212013;江苏大学机械工程学院,江苏镇江212013【正文语种】中文【中图分类】TN9711 引言在国内外时常发生材料脆性断裂的事故，由于脆断的发生，往往带来巨大的经济损失，甚至人员伤亡，因而受到了人们的广泛重视。
《激光诱导击穿等离子体声波特性及应用》
《激光诱导击穿等离子体声波特性及应用》一、引言激光诱导击穿等离子体（Laser-Induced Breakdown Plasma，简称LIBP）技术近年来在科学研究和工业应用领域引起了广泛关注。
该技术利用高能激光束聚焦于物质表面，产生高速、高能量的等离子体，从而引发一系列物理和化学变化。
本文将重点探讨激光诱导击穿等离子体的声波特性及其应用。
二、激光诱导击穿等离子体的声波特性1. 产生机制激光诱导击穿等离子体过程中，高能激光束聚焦于物质表面，使局部温度迅速升高，导致物质蒸发、电离，形成等离子体。
在这个过程中，高速的粒子碰撞和能量传递会产生声波。
2. 声波特性激光诱导击穿等离子体产生的声波具有高频、高强度、高能量等特点。
其频率范围可覆盖声波到超声波，能量密度高，能够传播较远的距离。
此外，声波的传播还受到等离子体状态、激光参数、物质性质等多种因素的影响。
三、激光诱导击穿等离子体的应用1. 材料加工激光诱导击穿等离子体技术可用于材料加工领域，如切割、雕刻、打孔等。
由于等离子体具有高能量和高温度，能够快速熔化、气化物质，从而实现高效、精确的材料加工。
2. 声波检测利用激光诱导击穿等离子体产生的声波，可以进行无损检测和评估。
例如，通过检测声波的传播速度、振幅、频率等参数，可以评估材料的内部结构和性能。
此外，该技术还可用于监测地质结构、油气储层等领域的声波特性。
3. 等离子体医学激光诱导击穿等离子体技术在医学领域也有广泛应用。
例如，利用等离子体进行肿瘤治疗、生物组织消融等。
此外，等离子体还可用于制备药物、进行生物分子检测等。
四、结论激光诱导击穿等离子体技术具有独特的声波特性和广泛的应用前景。
通过深入研究其产生机制和声波特性，可以进一步拓展其在材料加工、无损检测、医学等领域的应用。
同时，随着科技的不断发展，相信激光诱导击穿等离子体技术将在更多领域发挥重要作用。
五、展望未来，激光诱导击穿等离子体技术将进一步发展，其在各领域的应用也将更加广泛和深入。
激光冲击强化应变率
激光冲击强化应变率
激光冲击强化应变率（Laser Shock Peening, LSP）是一种利用
激光脉冲瞬时作用在金属表面的强化加工技术，通过在材料表面产生高压冲击波，从而引起材料的塑性应变和冷变形，提高材料的耐久性能。
激光冲击强化应变率的过程主要包括以下几个步骤：首先，利用激光器将高能量的激光束聚焦到小面积的金属表面上，产生高温、高压的等离子体。
然后，在激光作用下的等离子体区域中产生激波，并通过激波的作用力使金属表面发生弹性变形和塑性变形。
最后，随着激波的传播和衰减，金属表面的形变会逐渐减小，形成残余应变。
激光冲击强化应变率可以显著提高材料的机械性能和疲劳寿命，包括增加材料的硬度、抗疲劳性能、抗腐蚀性能和抗应力腐蚀性能。
此外，它还可以改善材料的表面质量和加工精度，减少材料的残余应力和变形。
因此，激光冲击强化应变率广泛应用于航空航天、汽车、电子、船舶等领域的高强度、耐磨材料的表面处理和强化改性。
激光表面处理技术
常规淬火硬度高5%~20%, 可获得极细的硬 化层组织。
( 3) 由于激光加热速度快, 因而热影响区小, 淬火应力及变形小。一股认为激光淬火处理几乎不产生变形, 而且相变硬化可以使表面产生大于4 000 MPa 的压应力, 有助 于提高零件的疲劳强度; 但厚度小于5mm 的零件其变形仍不 可忽视。
激光表面熔敷
激光表面熔敷技术是在激光束作用下将合金 粉末或陶瓷粉末与基体表面迅速加热并熔化, 光束移开后自激冷却的一种表面强化方法。
激光表面熔敷特点
( 1) 冷却速度快(高达106 K/s)，组织具有快 速
凝固的典型特征； ( 2) 热输入和畸变较小，涂层稀释率低(一
般 小于5%)，与基体呈冶金结合；
激光表面处理技术优 点
( 5) 通常只能处理一些薄板金属，不适宜处理 较厚的板材；
( 6) 由于激光对人眼的伤害性影响工作人员的 安全，因此要致力于发展安全设施。
激光表面处理技术
美国正在研究用激光淬火处理飞机的重载 齿轮，以取代渗碳淬火的化学热处理工艺。
----直升飞机辅助动力装置的行星齿轮 ----飞机主传动装置的传动齿轮 用激光硬化的飞机重载齿轮，不需要最后 研磨，大大降低了生产成本，提高生产率。 ----采用激光硬化飞机发动机气缸内壁，比 氮化处理快14倍，且所得到的硬化层比经过 10～20h氮化处理的硬化层还厚，质量优 良，几乎无变形。
下优点:
激光表面处理技术优 点
( 1) 能量传递方便，可以对被处理工件表面有 选择的局部强化；
( 2) 能量作用集中，加工时间短，热影响区小， 激光处理后，工件变形小；
激光表面处理技术优 点
( 3) 处理表面形状复杂的工件，而且容易实 现自动化生产线；
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第25卷第1期 应 用 激 光 Vol.25,No.1
2005年2月 APPLIEDLASER
February20053
激光冲击波技术用于材料加工的研究进展3周建忠 刘会霞 冯爱新 杨超君 王广龙 张兴权 张永康(江苏大学机械工程学院, 镇江212013)
提要 随着高功率短脉冲激光器技术的日益成熟,高能激光和材料相互作用产生高幅冲击波技术的应用研究日趋广泛。本文介绍利用激光诱导冲击波技术在金属材料表面改性和成形方面的最新研究成果,综述了激光冲击强化、激光冲击成形和激光喷丸成形技术的机理、特点、工业应用及今后的发展趋势。 关键词 激光冲击波 表面改性 板料成形
Advancesontheapplicationoflaser-inducedshockwaveinmetalprocessingZhouJianzhong LiuHuixia FengAixing YangChaojun WangGuanglong ZhangXingquan ZhangYongkang(SchoolofMechanicalEngineering,JiangsuUniversity, Zhenjiang,212013)
Abstract Withthedevelopmentofpulsedhigh-powerlasertechnology,laser-inducedshockwaveshasbeenappliedin
manyresearchfields.Thispaperintroducesthelatestresearchachievementsinthefieldsofsurfacemodificationofmetalandmetalformingwithlasershockwavestechnique,suchaslasershockprocessing,lasershockformingandlaserpeenigforming,andanalysisitsprocessingmechanism,techniquecharacteristicsandindustrialapplication. Keywords laser-inducedshockwave, surfacemodification, sheetmetalforming
随着激光器件及系统的飞速发展,激光技术已广泛应用于材料加工、生物医疗、通信存储、计量检测等众多领域。尤其在材料加工领域发展迅速,其应用范围广、工艺灵活多样,加工精度高、质量好,易于控制和实现柔性及智能加工,被誉为“未来制造系统的共同加工手段”。 根据激光与物质相互作用所产生的热力效应的不同,激光技术在机械制造中的应用可分成两大类:一类是利用激光与材料相互作用所产生的热效应来对材料实施加工,以去除和改善材料性能,称之为激光的热加工;另一类是利用高能激光和材料相互作用产生的冲击波的力效应来改善材料性能,称之为激光冲击。本文主要介绍利用激光诱导的高幅冲击波技术在金属材料加工方面的应用研究所取的最新进展。激光冲击产生冲击波机理[1-6] 早在20世纪60年代,一些研究人员就发现用脉冲激光作用在材料表面可以在固体中产生一定的冲击波。为了获得高强冲击波压力,人们对“直接烧蚀”模式进行了改进,即在激光冲击前,先在材料表面涂覆一层能量吸收层(如黑漆),再在其上覆盖一层对激光透明的约束层(如水帘),形成如图1所示“约束烧蚀”模式。在激光冲击过程中,当高功率密度(GW/cm2量级)、短脉冲(ns量级)的强激光冲击金属材料表面时,能量吸收层充分吸收高能激光的能量,而在极短时间内形成一个高温高压的等离子体层,该等离子体层迅速向外喷射,由于约束层的存在,等离子体的膨胀受到约束限制,导致等离子体压力迅速升高,结果施与靶面一个冲击加载,产生向金属内部传播的强冲击波。由于这种冲击波压力高达数个GPa,远远大于材料的动态屈服强度,从而使材料产生屈服和冷塑性变形,同时在成形区域产生残余压缩应力,改善了成形件的疲劳和腐蚀性能。在此过程中,由于有能量吸收层本身的“牺牲”作用,保护了工件表面不受到激光的热损伤,而约束层的存在大大提高了激光冲击波的压力和作用时间,这也
—72—3国家自然科学基金(No.50475127),江苏省自然科学基金(No.BK2004063),教育部科学技术研究重点项目(No.
204052),江苏省汽车工程重点实验室开放基金(No.QC200406)资助。 2004年11月6日收稿就实现了把激光束的光能转变成冲击波机械能。产生激光冲击波的物理机制一般认为有两种:一是热冲击,它起源于靶体表面快速地吸收激光脉冲能量所造成的热膨胀和巨大的应力梯度;另一类是机械冲击,它起源于迅速蒸发与膨胀的高温等离子体蒸气对靶体的反冲压力。在激光冲击材料过程中,由于所采用的激光功率密度为109W/cm2量级,脉宽仅为ns量级,靶体表面产生等离子体近似乎是瞬间的,因此反冲机制起主导作用。图1 激光诱导高幅冲击波产生机理激光冲击强化[7-18] 激光冲击强化(Lasershockprocessing/Pee2ning)是利用激光诱导的高幅冲击波对材料表面实施改性的一种技术。由于激光诱导产生的冲击波峰值应力大于材料的动态屈服强度,从而使板料产生密集、均匀以及稳定的位错结构,使金属表面发生塑性变形,在金属表面层内形成残余压缩应力,从而提高金属零件的强度、耐磨性、耐腐蚀性和疲劳寿命。 激光冲击强化技术的研究源于1972年,美国Battlell’sColumbus实验室的FairandB.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和机械性能,研究表明7075铝合金材料经激光冲击后,其屈服强度提高30%[7,8]。由于激光具有良好的可控性及可重复性等诸多特点,因此脉冲激光产生的冲击波成为研究固体表面改性的新工具,从此揭开了激光冲击波处理材料的应用研究序幕。 研究表明,激光冲击强化适用材料的范围广,如碳钢、合金钢、不锈钢、可锻铸铁、球墨铸铁、铝合金、钛合金、及镍基高温合金等,都能用激光冲击技术来提高材料性能。经激光冲击强化后形成的残余应力大小也能达到材料抗拉强度的60%,但形成残余压应力层深度比机械喷丸强化形成的残余压应力层要深,图2为镍合金Inconel718材料经机械喷丸和激光冲击后残余应力分布的对比曲线,可以看出,表面激光冲击形成的压应力层深度是传统机械喷丸的3
～4倍。
图2 二种喷丸形成残余压应力深度[17] 美国学者对某型号航空发动机钛合金的叶片,
分以下几组进行高周疲劳寿命对比试验:叶片边缘完好、叶片边缘关键部位刻上1.5mm深的V型槽、刻上1.5mm深V型槽且进行高强度机械喷丸、刻1.5mm深的V型槽且进行激光冲击强化。图5所示为各组实验结果的平均值,可以看出,机械喷丸和激光冲击都能有效提高叶片的疲劳寿命,但激光冲击后的效果更加显著。
图3 高周疲劳实验结果[18] 激光冲击强化的技术优势十分明显:(1)冲击压力高,例如,脉宽25ns,脉冲能量80J、光斑直径约1mm2的激光束作用在金属表面压力可达10GPa。
高压使得金属表层形成高的塑性变形层,强化深度达到1～2mm,而传统的喷丸强化深度为0.25mm;
(2)由于激光光斑大小可调,且能精确控制和定位
,
所以能够加工一些传统工艺不能处理的部位,如小槽、小孔、焊接板细缝以及轮廓线之类;(3)无机械损伤,与传统的强化工艺如喷丸、冷挤压相比,激光冲击强化后的金属表面不产生畸变和机械损伤,这对
—82—齿轮面的强化具有特殊价值;(4)无热应力损伤,由于激光脉冲短,只有几十纳秒,激光与金属表面作用时间短,且大部分激光能量被能量吸收层吸收,传到金属表面的热量很少,所以不会引起相变。 在激光冲击强化技术的工程应用方面,美国等工业发达国家已经进入了商业化时代。1995年美国的JeffDulaney创建激光冲击处理公司(LSPTechnologies,Inc.)。主要是向业界提供优质的LSP服务和设备。美国加利福尼亚大学LawrenceLivermore国家重点实验室与MIC(MetalImprove2mentCo.Inc.)合作,研制开发了平均功率为600W、峰值功率为3GW、每秒钟能产生10个脉冲的钕玻璃激光器,已成功用于航空涡轮发动机叶片的强化处理[6]。另外,MIC还在英国建立了一套激光强化装置用于商业生产。目前激光冲击强化技术已经用于汽车工业,船舶工业、核工业和军工等领域。如美国空军研究实验室材料和制造分部的实验表明,一种典型的风扇叶片高周循环疲劳强度为690Mpa,受小的外来物损伤其疲劳强度降低到140Mpa。然而,这种叶片进行激光喷丸冲击强化后,受到大的外来物损伤后其疲劳强度仍保持为690Mpa。据称,GE公司已为B-1轰炸机F101发动机的20000多片叶片及F-16战斗机的2000多叶片进行激光冲击处理,结果叶片的失效率、检修周期和维修成本降低,效果明显。 国内这方面的研究相对起步较晚,1996年,中国科技大学吴鸿兴教授等人研制了我国第一台小型化的激光冲击强化装置,并投入了基础应用研究,某些成果已用于成飞公司的飞机机翼的制造。目前中国科技大学和江苏大学合作研制的脉冲能量60J、重复频率2Hz的钕玻璃高功率激光冲击波系统,也用于材料改性和成形等方面的研究。激光冲击成形[19-28] 激光冲击成形是在激光冲击强化基础上发展而来的,用于金属板料塑性成形的一种新技术,它是利用激光诱导的冲击波压力作为板料塑性成形的变形力,从而实现金属板料的宏观塑性变形。与激光冲击强化相比,约束的解除为板料的成形提供了空间。图4为实验装置示意图。图5为激光单次冲击后板料产生的典型鼓包形状。 由于激光器脉冲能量的限制,冲击成形中激光光斑的尺寸一般取为Φ5mm～Φ10mm,当板料成形区域或成形深度较大时,就必须采用多点、多次冲击(就好比钳工用小榔头锤击板金件),这时要根据板料成形件的精度分别采用粗冲成形和精冲成形。由于激光的脉冲能量、光斑尺寸及脉冲间隔宽度等参数精确可控,通过数控系统控制激光冲击头和板料的相对运动轨迹,可实现单次冲击板料局部成形,也可实现对板料的逐点/逐次冲击,使其逐步变形,实现逐点冲击大面积成形,因而能成形出复杂的工件形状。
图4 板料激光冲击成形示意图图5 单次激光冲击下板料变形 激光冲击成形的技术优势是:(1)变形压力高,
达到GPa量级,可实现塑性较差的材料成形;(2)超快,几十纳秒内完成塑性变形;(3)高应变率,达10
6
～10
7S-1
;(4)由于吸收层和约束层的热障保护,使
得整个过程仅是力作用下的冷冲压变形;(5)可实现无模具成形,成形件表面质量好。 激光冲击成形技术在国外的研究始于2002年,