激光衝(chong) 擊強化加工金屬表麵

激光衝(chong) 擊強化（Laser shock peening，LSP）是近幾年發展起來的一種新型表麵強化技術，目前在美國已廣泛應用於(yu) 航空發動機關(guan) 鍵結構件的表麵強化。該技術已成為(wei) 先進發動機葉片強化的必選技術之一。它的應用大幅度提高了構件的抗疲勞壽命，在航空、航天、石油、核電、汽車等領域有著廣泛的應用前景。

精確的“光爆炸”優(you) 良的“免疫力”

該技術是利用高峰值功率密度（>10^9W/cm^2）的脈衝(chong) 激光透過約束層後作用於(yu) 金屬靶材表麵的吸收層上，產(chan) 生受約束的高壓（>1GPa）等離子體(ti) ，產(chan) 生的衝(chong) 擊波使金屬材料表層產(chan) 生塑性變形，獲得表麵殘餘(yu) 壓應力，從(cong) 而提高結構疲勞性能。激光衝(chong) 擊強化是激光加工中峰值功率最高的，產(chan) 生的等離子體(ti) 相當於(yu) 在材料表麵產(chan) 生小爆炸，但由於(yu) 作用時間極短（納秒量級），熱作用僅(jin) 在吸收層幾微米深度，對待強化構件是一種衝(chong) 擊波作用的冷加工，可以獲得光滑的微米級凹陷、毫米級殘餘(yu) 壓應力層。相比噴丸而言，激光衝(chong) 擊強化可以獲得更深的殘餘(yu) 壓應力層，更光滑的表麵，更易於(yu) 精確控製。對發動機鈦合金葉片而言，一旦葉片邊緣因外物破壞形成缺口，其疲勞強度急劇減低，而激光衝(chong) 擊強化獲得的殘餘(yu) 壓應力層能很好阻止或者延緩裂紋萌生，提高結構的疲勞壽命和安全性，相當於(yu) 在關(guan) 鍵結構關(guan) 鍵部位獲得“免疫力”。激光衝(chong) 擊強化在不改變設計的基礎上能很好提高其疲勞性能，在葉片邊緣、孔槽結構、焊接結構、轉接R等關(guan) 鍵部位均有很好的應用價(jia) 值。

美國1997年開始在發動機葉片上采用激光衝(chong) 擊強化技術，目前在F119發動機風扇和壓氣機整體(ti) 葉盤采用激光衝(chong) 擊強化技術提高疲勞壽命4～5倍。除發動機外，F-22飛機機身孔結構、T-45艦載機攔阻杆等結構均采用激光衝(chong) 擊強化提供疲勞壽命，大大延長了檢修周期。日本采用激光衝(chong) 擊強化核反應堆壓力容器焊縫，提高了焊縫抗應力腐蝕性能。

激光衝(chong) 擊強化技術的“先鋒隊”

中航工業(ye) 製造所是國內(nei) 最早開始激光衝(chong) 擊強化的單位之一，擁有專(zhuan) 門的研究團隊和較強的科研實力。曆經十幾年的穩步發展，在應用基礎研究、專(zhuan) 用裝備研製、工藝技術研究、標準製定等多層次取得了一係列成果，為(wei) 該技術在我國的發展奠定了堅實的基礎：在國內(nei) 率先開展發動機鈦合金葉片的激光衝(chong) 擊強化技術研究，進而突破了航空發動機整體(ti) 葉盤激光衝(chong) 擊強化的多項關(guan) 鍵技術；從(cong) 國際合作研製強脈衝(chong) 激光器到自我研製高頻率強脈衝(chong) 激光器，開發激光衝(chong) 擊強化設備；從(cong) 圓形光斑轉化到方形光斑激光衝(chong) 擊強化，成功解決(jue) 了葉片薄壁結構邊緣變形和殘餘(yu) 應力衝(chong) 突的技術難題；采用柔性光學關(guan) 節和小型激光加工頭，實現了隱蔽麵的激光衝(chong) 擊強化；分析了激光衝(chong) 擊強化高溫合金後殘餘(yu) 應力釋放慢的特性，突破了渦輪盤榫齒等難強化麵表麵強化的瓶頸；針對行業(ye) 內(nei) 對新技術執行規範的高度關(guan) 注，適時發布了激光衝(chong) 擊強化航空行業(ye) 標準。中航工業(ye) 製造所為(wei) 工廠激光衝(chong) 擊強化提供技術支持及成果轉讓，為(wei) 航空製造領域推廣應用激光衝(chong) 擊強化技術做出了自己應盡的貢獻。目前，製造所已實現整體(ti) 葉盤的強化，將為(wei) 長壽命、高性能的發動機設計提供一項關(guan) 鍵技術。

長壽命製造技術的新選擇

隨著先進製造技術的發展，對航空裝備關(guan) 鍵結構件的服役壽命要求越來越高，減重增效是先進裝備製造技術的永恒目標。製造所著眼行業(ye) 需求，深入開展激光衝(chong) 擊強化應用於(yu) 金屬材料的焊接結構、機身孔結構、重點疲勞區轉接R等的抗疲勞製造技術研究，正在更廣泛的領域為(wei) 關(guan) 鍵構件的抗疲勞製造做出應有的貢獻。