铝合金及其焊接件激光冲击强化抗环境损伤工艺与机理研究

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激光冲击强化技术的发展及应用

学、空军工程大学等一些高等院校和科研院所＿２。２５其］－
中，京航空航天大学的研究比较早，国内具有一南在定开创性。２０世纪９０年代中期中国科学技术大学强激光技术研究所研制出了国内首台实验用的激光冲击处理机，次研究建立了根据冲击区表面质量特征首
调．并对强化位置的表面粗糙度和尺寸精度基本没有影响；不规则工件、对薄件、孑边强化也很有效；）小Ｌ６对消除焊缝和激光熔覆等处理后的残余拉应力很有
效。与其它消除残余拉应力的方法比，激光冲击强化
的强化机理、关键技术、套设备和在航空发动机上成
的应用工艺进行了大量研究．主要研究内容和成果如
显微结构组织以提高其力学性能，此揭开了用激光从
冲击强化应用研究的序幕Ｅ］世纪９ｌ。上ｏ０年代在美国高频疲劳研究国家计划等支持下，国利佛莫尔国家美实验室和ＧＭＣ公司等联合深入开展了激光冲击Ｅ、Ｉ
理、面涂层约束层应用和强化工况
激光冲击强化技术最初开发于２Ｏ世纪７０年代初的美国贝尔实验室。１７９２年，美国巴特尔学院
了一系列系统而富有创新性的研究ｇ３，受到设备２ｏ但７］－

LY2铝合金激光冲击处理工艺

光能量的吸收，目前常用的涂层材料有黑漆和铝箔等。由
图１激光冲击强化系统示意图
于黑漆很难保证涂覆均匀，涂覆后需要等待很长时间干燥，冲击强化后的残余物不易去除，本方案选用铝且故
箔作为吸收涂层，厚度为０１ｍｉ。能有效保护叶片不受激光的灼伤，．ｌｌ涂覆方便，除快捷。图２为激光冲击去
作者简介：周磊（９０）男，东济南人，士研究生，要从事激光冲击强化技术及其应用研究；ｈｕｅ０２ｙｈｏｃｍ．ｎ１８－，山博主ｚｏｌｉ１＠ａｏ．ｏｅ。８
的疲劳寿命。
关键词：激光技术；激光冲击强化；表面处理；疲劳寿命；冲击波
中图分类号：ＴＧ６；Ｖ１．６５２６３文献标志码：Ａｄｉ１．７８ＨＰＰ２１２０．７０ｏ：０３８／ＬＢ００２８１８
航空涡轮喷气发动机的风扇和压气机是在受力大，应力状态十分复杂的不利条件下工作的。叶片在运转过程中不断在气动力的扰动和机械颤振的影响下承受振动载荷，叶片产生振动疲劳。航空发动机风扇叶片使因为高频疲劳和外来物吸入打伤而发生损坏的现象时有发生，重威胁飞行安全。通过表面处理技术提高航严
１２涂层／束层．约
ｃｍｐｔｒｏｕｅ

新一代激光冲击强化系统对5052铝合金电化学性能的实验研究

研究了试样的电化学性能，并对材料的物相、表面硬度、腐蚀形貌进行了检测与分析。结果表明：经过激光冲击强化一次、两次后，材料没有发生相变，表面硬度分别提高了７．０％和１９．８％，腐蚀速率分别下降了２７．０％和３５．０％。因此，激光冲击强化处理能有效抑制腐蚀裂纹的扩展，显著提高材料的
耐腐蚀性。
关键词：激光冲击强化；５０５２铝合金；电化学性能
中图分类号：ＴＧ６６５文献标识码：Ａ文章编号：１００９ — ２７９Ｘ（２０１７）０６ — ００３２ — ０３
ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＳｔｕｄｙｏｆＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＣｏｒｒｏｓｉｏｎＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆ５０５２ＡｌｕｍｉｎｕｍＡｌｌｏｙＴｒｅａｔｅｄｂｙＮｅｗＬａｓｅｒＳｈｏｃｋＰｅｅｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍＮＩＮＧＣｈｅｎｇｙｉ，ＨＵＡＮＧＹｉｈｕｉ，ＸＵＺｉｆａ，ＺＨＡＮＧＷｅｎｗｕ。
ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃｌａｃｏｒｒｏｓｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｔｈｅｔｒｅａｔｅｄｓａｍｐｌｅｓｗａｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ＸＲＤｐａｔｔｅｒｎｓ，ｓｕｒｆａｃｅｈａｒｄｎｅｓｓａｎｄｃｏｒｏｓｉｏｎｍｏｒｐｈｏｌｏｙｇｗｅｒｅｌｓａｏｅｘａｍｉｎｅｄａｎｄｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．ＲｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔａｆｔｅｒＬＳＰｔｒｅａｔｅｄｏｎｃｅａｎｄｔｗｉｃｅ，ｔｈｅｍａｉｎｐｈａｓｅｓｗｅｒｅｎｏｔｃｈａｎｇｅｄ，ｓｕｆａｒｃｅｈａｒｄｎｅｓｓｉｎｃｒｅａｓｅｄ７．０％ａｎｄ１９．８％．ａｎｄｔｈｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒａｔｅｄｅｃｒｅａｓｅｄａｂｏｕｔ２７．Ｏ％ａｎｄ３５．Ｏ％ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ＬＳＰｃｏｕｌｄｐｒｅｖｅｎｔｃｏｒｏｓｉｏｎｍｉｃｒｏ－ｃｒａｃｋｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｌｏａｎｇａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃｌａｃｏｒｒｏｓｉｏｎｏｎ５０５２ｌｕａｍｉｎｕｍａｌｌｏｙｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌａｓｅｒｓｈｏｃｋｐｅｅｎｉｎｇ；５０５２ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙｓ；ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｒｏｓｉｏｎｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ

激光等离子体冲击强化研究进展

化技术。激光冲击强化技术最初开发于２世纪７ｏｏ年代材料表面物理及机械性能的技术。在激光冲击波产生后
初的美国贝尔实验室，国著名物理学家钱临照教授早迅速膨胀的等离子体被限制在金属表面和约束层之间，我
塑壅竺墨 ■ 垫苎塑
蒸最形同时在工件表面产生残余应力，防止板料发生翘曲等宏量，汽温度继续升高，后将导致蒸汽分子电离，
成一种高温高压的等离子体。该等离子体吸收后续激光同和激光功率密度的不同，光冲击波的压力峰值范围激
从尽管冲击后冲击区表面的粗糙度降低，但这只是附带结能量对外膨胀爆炸，而形成冲击波。根据激光形式不
开发与研究
摘要：文综述了本激光冲击强化技术的机理和模型，析了激光分在６Ｏ年代也提出 Байду номын сангаас 这方面的思想。１７９２
年，国巴特尔学院美
湖北工业大学付宏涛
（ＢｔｅｌＭｅｒａａｔｌｅｍｏｉｌＩｓｉｔｎｔｕｅ）的Ｆｉｎｔａｒｄａ
ｏｃＭａｕａｔｉｅｈｏｏｒｇａ）取ｕｎｇ在１￣２ｎ内将光能转变成冲击波机械能，００ｓ实现了能量ＦｒｅｎｆｃｒｇＴｃｎｌｙＰｏｒｍｓ，得了许多解的高效利用。并且由于激光器的重复频率只需几Ｈｚ以重要进展，决了提高激光冲击强化生产效率和可移动

(完整版)工艺参数对铝合金表面激光强化层组织与性能的影响毕业设计

浙江工贸职业技术学院材料工程系毕业论文（设计）课题名称：工艺参数对铝合金表面激光强化层组织与性能的影响专业：机电一体化（表面工程）班级：机电1204姓名：董益凯指导教师：徐临超完成时间2014 年11月15日目录第一章前言 (1)1.1 激光强化工艺研究的相关概念 (1)1.2 国内外激光强化工艺研究的现状 (1)1.3 激光强化技术发展趋势 (2)1.4 激光强化的应用和前景 (3)1.5 电镀强化与其他强化的比较 (4)1.5.1 强化后的产品耐蚀性强 (4)1.5.2 结合力强 (5)1.5.3 简化工序提高效率 (5)1.5.4 环保性 (5)1.6 激光强化研究的意义及必要性 (5)第二章实验设备及方法 (5)2.1 仪器设备 (5)2.2 实验内容与方法 (6)第三章实验结果及分析 (7)3.1 激光焦深对激光强化层硬度的影响 (7)3.2 激光电流对激光强化层硬度的影响 (7)3.3 激光脉宽对激光强化层硬度的影响 (8)3.4 激光频率对激光强化层硬度的影响 (8)3.5 激光速度对激光强化层硬度的影响 (9)四、结论 (10)致谢 (11)参考文献 (12)镀镍层激光强化工艺的研究董益凯浙江工贸职业技术学院材料工程系班级：机电1204摘要：激光强化技术可以显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电器特性等。

本论文是针对铝合金激光强化展开研究，通过对改变焦深，电流、脉宽、频率，进给得到的强化层，进行维氏硬度测试，得到最佳工艺参数是焦深103.3mm，电流160A，脉宽2.5ms，频率120Hz，工作台移动速度为标准速度的50mm /min。

关键词：激光强化；铝合金；维氏硬度第一章前言1.1 激光强化工艺研究的相关概念激光强化是指以不同的添料方式在被强化基体表面上放置被选择的涂层材料经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低，与基体成冶金结合的表面涂层，显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性的工艺方法，从而达到表面改性或修复的目的，既满足了对材料表面特定性能的要求，又节约了大量的贵重元素。

激光冲击强化原理及应用概述

激光冲击强化原理及应用概述江苏理工大学肖爱民杨继昌张永康摘要论述了激光冲击强化的基本原理及其应用,着重讨论了激光冲击参数的优化和冲击波峰压的理论计算,说明了约束层在激光冲击处理过程中的重要作用,指出了激光冲击处理目前存在的难题。

Abstract In the article we rev iew the Physics and Applications of Laser shock processing and pay more attention to the analytical modeling of the process.Throug h the ex amples we discuss the importance of the con-fining medium.Some difficulties in Laser shock processing are explored.关键词激光冲击强化约束层冲击波峰压1引言当作用在金属材料上的激光功率密度大于108W/cm2时,材料表面受热气化并产生等离子体,由于等离子体的爆炸将在金属材料表面产生冲击波,在此作用下,材料的力学性能得到明显的改善。

在有约束层的情况下,此冲击波的峰值压力可以达到10GPa[1]。

国内外的研究表明,激光冲击强化可有效地提高铝合金、碳钢、镍基合金、不锈钢、铸铁等金属材料的硬度和疲劳寿命[1~7]。

材料疲劳寿命的提高主要是由于表面残余压应力的存在。

同时,冲击后在材料中存在的高密度位错和位相的改变,使材料的硬度和弯曲应力得到提高。

激光冲击强化与传统的强化工艺如喷丸强化、锻打相比,是一种洁净、无公害的处理方法。

由于激光冲击处理的柔性强,因此可处理工件的圆角、拐角等应力集中部位。

2激光冲击强化原理国外进行激光冲击强化研究所用的钕玻璃激光器,输出能量为80~100J,脉宽为3~30ns,光斑直径约为1cm。

当光束聚焦在金属表面时,金属表面气化达到很高的温度(约为10000K)并产生高压力的等离子体(GPa量级),等离子体爆炸后产生与炸药爆炸类似的冲击波。

6061-T6中厚板铝合金激光焊接工艺研究

6061-T6中厚板铝合金激光焊接工艺研究针对6mm厚6061-T6铝合金试板做了大功率激光焊接试验，从焊接稳定性入手，分别讨论了离焦量、焊接速度、保护气体流量以及激光功率对激光焊接的影响，确定了中厚板铝合金在大功率激光焊接条件下的最佳激光焊接工艺参数。

最后，利用Simufact Welding软件针对试验结果进行了模拟验证。

结果表明：在采用氩气作为保护气体的条件下，最佳气流量范围为20L/min～25L/min。

在离焦量为-6mm～-4mm时，焊缝的熔深与焊接的稳定性均达到一个较好水平。

中厚板铝合金激光焊接难以得到临界焊透焊缝，往往表现为“透则漏”，因此容易得到部分焊透焊缝，此时小孔的稳定性最差，而全熔透焊的稳定性相对较好。

關键词：激光焊接;焊接角度;数值模拟;气孔率;力学性能6061-T6铝合金具有优良的焊接特性、良好的抗腐蚀性、韧性高且加工性能优异、氧化效果极佳等优良特点，逐渐替代了传统的钢材，广泛应用于电子、精密仪器、通讯以及航天领域[1-3]。

激光焊接是一种先进的连接技术，具有热输入小，变形小等优势。

但是由于深熔焊焊接过程铝合金材料对激光反射率高，激光能量吸收率很低、合金元素烧损严重，焊接过程不稳定，以及铝合金本身特殊的物理性质使得这种工艺还不成熟，焊接时存在着易产生焊缝下塌和气孔缺陷等问题[4-7]。

本文采用6mm厚的6061-T6中厚铝板铝合金材料，进行单因素激光焊接试验，研究不同的焊接工艺参数对激光焊接焊缝成形和焊缝质量的影响，优化中厚板铝合金激光焊接工艺参数，总结工艺参数与焊接接头形状的关系，并对接头的金相组织与力学性能进行观察与测试得出接头形状与金相组织及力学性能的相关性。

1 试验材料及方法试验材料为板厚6mm的6061-T6铝合金，化学成分如表1，实验板的尺寸为。

试验采取氩气为保护气体，通过控制单因素变量进行试验。

激光器是YLR-6000光纤激光器，激光焊接实验中保护气嘴与试验板表面法线的夹角为，距离实验板表面为5mm，焊接前用带有丙酮的棉布将实验板的表面擦拭干净，防止污染实验板，影响试验结果，焊接过程中保持激光垂直照射在焊板上。

铝合金激光焊接中裂纹和氧化现象研究

铝合金激光焊接中裂纹和氧化现象研究随着工业的发展，激光焊接技术在制造业中得到了广泛应用。

铝合金作为轻质高强材料，在汽车、航空航天、电子等领域也有着广泛的应用。

铝合金激光焊接是目前应用最为广泛的焊接方法之一，但在实际操作中，会出现裂纹和氧化现象，影响焊接效果和质量。

裂纹现象铝合金在激光焊接过程中，易发生裂纹现象，这是由于铝合金的成分和微观结构导致的。

铝合金中含有大量的氧化物，其中氧化铝在焊接过程中容易产生热裂纹。

此外，铝合金的结晶组织和晶粒大小也会影响裂纹的生成。

在焊接过程中，焊接池的形成、扩散和凝固是导致裂纹的关键。

对于大尺寸厚度的铝合金板料，焊接池的形成和凝固会导致内部应力的累积，进而产生裂纹。

因此，在激光焊接过程中，应该采用适当的焊接参数和工艺，尽可能避免裂纹的出现。

氧化现象铝合金具有高反应性和氧化性，焊接过程中容易产生氧化现象。

在高温下，铝合金表面会与周围的氧气或水蒸汽发生化学反应，形成氧化铝层，导致焊缝的质量下降。

氧化现象不仅会影响焊接质量，还会造成焊接过程中的一些问题。

例如，氧化会影响光束的传输，导致焊接池形成不良，影响焊接效果。

另外，氧化物还会形成表面粘附物，影响外观美观度。

降低氧化的方法控制气氛控制焊接环境中的气氛是避免氧化的一个重要方法。

通过封闭式焊接盒、气体干燥器、气密焊接室等装置，焊接过程中保持恒定的气氛，降低氧气和水蒸气的浓度，从而减少氧化现象的发生。

选择适当的焊接参数和工艺选择合适的焊接参数和工艺，是避免氧化现象的关键。

参数过低会导致焊缝不充分和过热区域过小，而高参数则会加重氧化现象。

因此，需要根据具体情况选择适当的焊接参数和工艺。

焊前清洁为避免氧化现象，焊前清洁是必不可少的。

在焊接前应将铝合金表面清洗干净，尽量避免油脂、灰尘等物质附着在焊缝上。

同时也可以采用预热的方法，将板材在焊接前加热至一定温度，降低氧化的发生。

深入研究铝合金激光焊接铝合金激光焊接在工业应用中有着广泛的前景，在焊接质量和生产效率方面都有很大优势。

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铝合金及其焊接件激光冲击强化抗环境损伤工艺与机理研究7075铝合金具有比强度高,易于加工等优点而广泛应用于航空航天、轨道交通、航海工程等行业的结构件中,焊接是其被制成结构件主要的连接方式之一。

在实际工作中,所有结构件都是要与周围环境相互作用的,如飞机与潮湿的大气
环境、轮船与海水环境、发动机叶片与高温环境等等。

这些环境介质与7075铝合金及其焊接头的相互作用会造成破坏和损伤,影
响结构的使用性能和寿命,导致整个产品失效。

大多数的损伤和破坏都是从表面发生的,因此表面处理与改性是提高7075铝合金抗环境损伤的重要手段。

激光冲击作为一种新型的表面改性技术具有热影响小、效率高、可控性强,绿色无污染等优点。

但国内外激光冲击铝合金强化技术的研究主要集中在力学性能的研究,而且是常温下性能测试研究的比较多。

对于7075铝合金及其焊接头激光冲击后抗腐蚀性能和耐高温性能提高的机理目前还没有统一的认识,因此研究激光冲击强化技术对7075铝合金抗腐蚀(尤其是卤环境)耐高温等性能提高的工艺和机理具有重要的价值和实践意义。

本文根据7075铝合金的静态屈服强度,通过计算分析,结合GAIAR型Nd:YAG纳秒高功率激光器参数范围,通过对比测试冲击后的表面完整性,对激光冲击参数进行优化。

根据优化参数(光斑直径3mm、能量为9J、搭接率60%、脉宽10ns)对7075
铝合金进行冲击强化处理,借助现代测试分析手段对冲击后的物相、微观组织等进行分析,研究激光冲击细化晶粒、诱发高密度位错的机理。

测试激光冲击前后7075铝合金的抗环境损伤能力的变化,主要包括电化学腐蚀测试、应力腐蚀测试、蠕变测试和高温疲劳测试。

采用等离子弧对7075铝合金进行焊接,制作了专用焊接夹具减小其焊接变形,获得具有工程实用级别的焊接头。

利用优化的冲击参数(光斑直径3mm、能量为6J、搭接率60%、脉宽12ns)对其激光冲击处理,使焊接头表面获得0.3mm层深(1次冲击)的残余压应力层,焊缝区中心线处由50MPa残余拉应力转化为
-25MPa的残余压应力。

对于本身为压应力的热影响区,1次冲击后残余压应力增大1倍。

接着对冲击前后7075铝合金焊接头的微观组织进行分析,研究其残余应力转换的微观机理,测试激光冲击后7075铝合金焊接头的抗环境损伤能力的变化,主要包括电化学腐蚀测试、应力腐蚀测试、蠕变测试。

通过对7075铝合金及其焊接头的上述实验研究和机理分析,获得了以下创新成果：(1)确定了激光冲击7075铝合金诱导孪晶结构的工艺参数范围。

建立了激光冲击后晶粒尺寸、晶格显微畸变和位错密度的数学计算模型,该模型精确地描述了激光冲击次数对7075铝合金微观组织结构的影响规律,为激光冲击强化工艺参数的优化选择提供理论支持。

(2)在激光冲击强化提高7075铝合金及其焊接头抗电化学腐蚀能力方面获得了丰富的实验数据和工艺参数,发现了激光冲击在提高7075铝合金抗电化学腐蚀方面的优越性：不仅能使试样自腐蚀电位和点蚀电位正移,而且能使试样极化曲线上出现电位范围至712.9 mV的阳极钝化区间,钝化电阻比冲击前提高了近30倍,从而大大提高7075铝合金的抗腐蚀性。

(3)摸索出了一套正确可行的激光冲击实验参数与方法,利用其可以有效抑制应力腐蚀裂纹萌生,阻止裂纹扩展,提高7075铝合金及其焊接头的抗应力腐蚀能力,使其伸长率、到达断裂的时间、静强度与冲击前相比提高11.13%、20%、100%,把7075铝合金焊接头的腐蚀敏感指
数由13.6%降为8.25%。

(4)研究了激光冲击提高7075铝合金耐高温性能的机理和工艺参数,研究表明：激光冲击强化可使7075铝合金蠕变断裂寿命提高2倍左右,在一定范围内有效抑制了7075铝合金对温度的敏感性；测试了不同冲击工艺参数下7075铝合金稳态结束时的时间、应变和应变率,为铝合金结构件工程应用检修和蠕变时效成形提供了重要的理论参考。

(5)利用激光冲击的方法延长了7075铝合金高温疲劳寿命,使其寿命增长率最高达76.41%,建立了高温残余应力释放模型,有效解释了激光冲击提高7075铝合金耐高温性能的原因,为激光冲击改善铝合金高温疲劳实践应用提供了理论支持。