激光沖擊強化技術發(fā)展現(xiàn)狀與展望

1、1激光沖擊強化技術發(fā)展現(xiàn)狀與展望激光沖擊強化技術發(fā)展現(xiàn)狀與展望摘要：摘要：首先簡介了激光沖擊強化的基本原理和技術優(yōu)勢；然后簡述了該技術在國內外的發(fā)展和應用情況，扼要介紹了我國激光沖擊強化技術研究現(xiàn)狀和近期取得的主要進展；最后對激光沖擊強化技術的發(fā)展進行了展望。我國激光沖擊強化設備和技術已基本成熟，可以進入工業(yè)應用。關鍵詞：關鍵詞：激光沖擊強化；沖擊波；表面處理；疲勞長期以來，我國多型航空發(fā)動機在使用過程中出現(xiàn)了由于發(fā)動機葉片打傷、疲勞斷

2、裂和腐蝕等造成的重大故障和事故，直接影響了發(fā)動機使用安全性和壽命，成為我軍航空裝備的重大問題。飛機結構連接件、壁板及小孔邊等裂紋也成為限制壽命的重要因素。飛機和航空發(fā)動機結構大量采用金屬材料，金屬材料的主要失效形式疲勞和腐蝕均始于材料表面，所以金屬材料表面的結構和性能直接影響著材料的綜合性能。為此，人們采用噴丸、滾壓、內擠壓等多種表面強化工藝來改善金屬表面性能。利用強激光誘導沖擊波來強化金屬表面的新技術稱為激光沖擊強化技術（簡稱LSP）

3、，由于其表面強化效果好，自產生之日起就得到了廣泛的關注和研究。1998年該技術被美國研發(fā)雜志評為全美100項最重要的先進技術之一。美國上世紀90年代后期開始的航空發(fā)動機高頻疲勞研究計劃中，將激光沖擊強化技術列為工藝技術措施首位。2005年，研制激光沖擊強化系統(tǒng)的MIC公司獲美國國防制造最高成就獎。美國將該技術列為第四代戰(zhàn)斗機發(fā)動機關鍵技術之一，足見該項技術的重大價值。1激光沖擊強化技術簡介激光沖擊強化技術簡介當短脈沖(幾十納秒內)的高峰

4、值功率密度()的激光輻射金屬表面時，金9210Wcm屬表面吸收層（涂覆層）吸收激光能量發(fā)生爆炸性汽化蒸發(fā)，產生高壓(GPa)等離子體，該等離子體受到約束層的約束爆炸時產生高壓沖擊波，作用于金屬表面并向內部傳播。在材料表層形成密集、穩(wěn)定的位錯結構的同時，使材料表層產生應變硬化，殘留很大的壓應力，顯著的提高材料的抗疲勞和抗應力腐蝕等性能，這就是激光沖擊強化，其原理如圖1所示。35～10倍；（2）激光沖擊強化適用于對表面不規(guī)則部件、薄件、小孔

5、、溝槽和大結構件局部進行強化。擠壓、撞擊強化只適合平面或規(guī)則回轉面，噴丸強化對表面不規(guī)則部件實施較困難或效果受影響，對薄件強化可能引起變形，對表面粗糙度或尺寸都可能產生影響，對大型結構件強化設備要求很高；而激光沖擊強化能克服這些不足，可達性好，光斑可調，并對強化位置的表面粗糙度和尺寸精度基本沒有影響；擠壓強化等對小孔邊強化不太適合，而激光沖擊強化很有效；（3）激光沖擊強化對消除焊縫和激光熔覆等處理后的殘余拉應力很有效。與其它消除殘余拉應

6、力的方法比，激光沖擊強化有無熱影響、效果顯著和可達性好等優(yōu)勢。2激光沖擊強化技術國內外發(fā)展現(xiàn)狀激光沖擊強化技術國內外發(fā)展現(xiàn)狀激光沖擊強化技術最初開發(fā)于20世紀70年代初的美國貝爾實驗室，我國著名物理學家錢臨照教授早在60年代也提出過這方面的思想。1972年，美國巴特爾學院（BattelleMemialInstitute）的FairB.P.等人首次用高功率脈沖激光誘導的沖擊波來改變7075鋁合金的顯微結構組織以提高其機械性能，從此揭開了用

7、激光沖擊強化應用研究的序幕。1978年秋，該實驗室的FdS.C等人與美國空軍實驗室聯(lián)合，進行激光沖擊改善緊固件疲勞壽命的研究，結果表明激光沖擊強化可大幅度提高緊固件的疲勞壽命。當時由于缺少可靠的、高脈沖頻率的大功率激光器而未能實用化。上世紀80年代后期，歐洲、日本、以色列等國家和地區(qū)紛紛開展了激光沖擊強化技術研究。但從公開報道的資料看，到目前為止，國際上還只有美國將激光沖擊強化實際應用。上世紀90年代在美國高頻疲勞研究國家計劃等支持下，

8、美國利佛莫爾國家實驗室和GE、MIC公司等聯(lián)合深入開展了激光沖擊強化技術的理論、工藝和設備的研究，使激光沖擊強化技術獲得了很大發(fā)展，逐步走向了實用，用于F110、F101、F414等發(fā)動機的生產和修理。其中，F(xiàn)110、F101發(fā)動機在使用中發(fā)生多次風扇葉片故障，迫使F101每飛25小時和F110每天第一次飛行前要做一次能夠發(fā)現(xiàn)0.127mm裂紋的精細檢查，采用激光沖擊強化解決了這一問題。進入21世紀之后，激光沖擊強化技術的應用取得了長足