20世紀60年代第1台激光器發明以來，激光因其具有高方向性、高亮度、高單色性和高相幹性等優(you) 良品質而被廣泛應用於(yu) 諸多領域，成為(wei) 理想的加工熱源。激光經聚焦後光斑上的功率密度可達104~1015W/cm2，金屬材料在高的功率密度光的照射下會(hui) 瞬間快速升溫、熔化甚至瞬間汽化。因此，應用不同的功率密度和加熱作用時間，激光就可實現表麵熱處理、表麵重熔、合金化、熔覆、焊接、切割、打孔、表麵衝(chong) 擊強化等不同的加工目的，是非常理想的加熱源。激光加工的表麵改性技術已在飛機結構、航空發動機製造領域得到應用。我國使用激光熔覆技術熔鑄航空發動機渦輪葉片冠部、渦輪導向器，成功恢複了損傷(shang) 件的形狀、尺寸和性能。 

       近些年來，隨著新機的快速裝備，鈦合金和複合材料已成為(wei) 我軍(jun) 現役飛機的主要結構材料。而激光由於(yu) 具有高方向性、高亮度、高相幹性等優(you) 良品質而被廣泛應用於(yu) 各個(ge) 領域，它也必將在飛機結構修理領域扮演重要角色。 

激光加工技術應用 1 激光熱處理技術 
        以一定速度移動的激光束照射金屬表麵時，表層金屬吸收能量後迅速升溫，當光斑移動後，基體(ti) 材料吸收表層的熱量使表層金屬的溫度以極高的速度迅速下降，形成不同於(yu) 常規淬火的自淬火。由於(yu) 自淬火的降溫速度極高，因此可得到顯微組織特殊的表麵改性層，這對於(yu) 提高金屬的硬度、耐磨性、耐腐蝕性、耐疲勞性有良好的作用。激光熱處理是最早開發的激光加工技術，現在已形成了較完善的理論和工程應用技術。對於(yu) 可以相變強化的碳鋼、合金結構鋼，激光表麵淬火可以產(chan) 生傳(chuan) 統淬火更高的硬度，甚至對於(yu) 不具有淬硬性的一些低碳鋼材料也有一定的強化作用。圖1為(wei) 35CrMo鋼的激光淬火效果。

2 激光表麵重熔技術 

        應用比激光表麵淬火更高的激光功率密度照射金屬表麵會(hui) 使表層金屬熔化，光斑移動後，基體(ti) 金屬吸熱使熔池內(nei) 金屬液體(ti) 迅速固化，形成強烈激冷的具有極細晶粒和過飽和固溶體(ti) 顯微組織，由於(yu) 細晶強化和固溶強化的作用，可以明顯提高材料表麵的硬度、耐磨性。研究表明，通過重熔，鋁合金的硬度可以提高30%~100%，這是工藝最簡單的激光加工技術，但是強化的幅度有限。對於(yu) 承受交變載荷的飛機結構鋁合金型材、板材，激光重熔後必然存在的過熱層的疲勞品質是決(jue) 定結構使用壽命的關(guan) 鍵，因此，在進入工程應用前須以試驗驗證激光重熔對材料疲勞性能的影響。對於(yu) 結構鋼材料，重熔硬化效果顯著，圖2所示為(wei) 45#鋼激光重熔不同區域組織。由圖2可以看出，激光重熔後組織由珠光體(ti) 轉換成馬氏體(ti) 。

3 激光表麵合金化技術 

       在激光熔化表層金屬時向熔池加入設計的合金元素，可以在不改變基體(ti) 合金成分的前提下在表層得到需要性能的合金化層。這項技術對特殊性能需要零件的製造十分有利，可製造出傳(chuan) 統製造技術無法實現的非均材質、非均一性能的金屬或複合材料零件。由於(yu) 激光表麵合金化過程中熔池降溫速度極高，可形成傳(chuan) 統冶金工藝條件下難以實現的合金、組織結構。因此，根據需要可以形成高的硬度、耐磨性，良好的耐腐蝕性能和耐熱性能的合金化層。針對鋁合金，人們(men) 試驗了各種不同的合金體(ti) 係的激光表麵合金化工藝，如Cu、Fe、Si、Ni、Cr 和WC、SiC 等。其中鎳基合金化層彌散有金屬間化合物AlNi、Ni3Al 相，具有較高的硬度和耐磨性，但是合金化層較脆，存在開裂現象。激光熔覆的結合界麵必然存在基體(ti) 與(yu) 熔覆材料的合金化冶金過程。圖3 為(wei) 鋁合金合金化成分掃描曲線。

4 激光焊接技術 

        激光能量密度高，能在瞬間使表層金屬熔化、氣化，是焊接的理想能源，可以獲得寬度窄、熱影響區小的理想焊縫。目前已經在多種金屬、多種條件下獲得高質量的焊縫，是應用較廣泛的激光加工技術。對於(yu) 飛機結構常用的LY12(2024)、LC4(7075) 等高強度、焊接性能較差的變形鋁合金，激光焊接是最有發展前途的焊接技術。國內(nei) 外研究人員應用連續式CO2 激光、Nd:YAG 激光、半導體(ti) 激光、準分子激光為(wei) 能源，以不同的工藝參數實現了較理想的2024、7075、6063、5083、5052等合金板材焊接, 並進行了有限元分析。因此，激光焊接技術在飛機結構修理領域有相當廣闊的開發前景，特別是在飛機結構損傷(shang) 搶修領域，由於(yu) 其具有焊接速度快、施工較鉚接簡單的特點，是代替鉚接工藝的理想技術。對於(yu) 鈦合金、高溫合金、不鏽鋼材料，激光是理想的焊接能源，可形成熱影響區小、焊接應力小、變形小、性能高的焊縫。

5 激光切割技術 
       激光可以切割幾乎所有材料，並且可以通過選擇氣化、熔化、氧化切割方法和工藝參數而在不同材料切割中得到高質量的切縫表麵。激光切割變形小、精度高、節省材料、切割效率高、對環境汙染小。在飛機結構損傷(shang) 搶修領域，應用激光切割技術可以快速切除損傷(shang) 、變形的結構，為(wei) 實施修複創造施工條件、節省寶貴的時間。 

6 激光衝(chong) 擊強化技術 

       激光衝(chong) 擊強化技術是繼噴丸、冷擠壓之後的又一種材料表麵強化技術，當極高功率密度、短脈衝(chong) 的激光到達材料表麵，低熔點的材料會(hui) 迅速氣化，表層材料的相當於(yu) 爆炸的瞬間氣化產(chan) 生衝(chong) 擊波對基體(ti) 會(hui) 產(chan) 生強烈的機械作用。因此，在需要處理的材料表麵預置低熔點金屬或非金屬塗層，經激光照射後，可以大幅度提高材料表麵硬度（提高5 倍以上）、表麵壓應力，對提高基材的抗疲勞性能有著顯著的作用。研究表明，激光衝(chong) 擊強化的主要機理是氣化衝(chong) 擊波時金屬表麵晶粒位錯密度均勻、大幅度地提高，位錯的交割、纏結交互作用形成均勻的表麵殘餘(yu) 壓應力，從(cong) 而降低疲勞裂紋擴展速率，提高壽命的幅度達20%~300%以上。可以看出，該技術應用前景廣闊，特別是在航空結構常見的小孔、焊縫、凹槽等傳(chuan) 統工藝無法強化的特殊部位（如鉚釘孔），激光衝(chong) 擊強化是其他工藝無法替代的新技術。 

7 激光表麵熔覆技術 

       激光表麵熔覆是在金屬基體(ti) 表麵上預塗一層金屬、合金或陶瓷粉末，在激光重熔時，控製能量輸入參數，使添加層在充分融化後使基體(ti) 微熔與(yu) 基體(ti) 實現冶金結合，從(cong) 而得到一個(ge) 外加的具有需要性能的熔覆層，圖4所示為(wei) 激光熔覆層SEM 分析。

        與(yu) 激光表麵合金化相比，該工藝過程中避免基體(ti) 的過度熔化，保持了熔覆層內(nei) 材料的特性和功能，是非常重要的表麵改性技術，應用到飛機結構可獲得巨大的技術效益。該方法在1981年被成功地應用於(yu) 大型客機發動機渦輪葉片後引起了廣泛重視，已成為(wei) 國內(nei) 外激光表麵改性的研究重點之一。鋁合金材料硬度低，在其表麵熔覆一個(ge) 硬的耐磨層意義(yi) 特別重大。但困難的是，鋁合金的導熱係數高、熔點低。而熔覆層的熔點通常大大高於(yu) 鋁合金基體(ti) ，難以形成稀釋度小、性能穩定的合金化層。實踐證明，經過嚴(yan) 格控製激光工藝參數，可以實現需要功能和特性的合金表層，國內(nei) 外已成功地在鋁合金表麵進行了多種合金熔覆實驗。豐(feng) 田公司已將發動機氣閥座由原來的鑲嵌結構改為(wei) 直接熔覆，使閥座的耐磨性、潤滑性、導熱性等大幅提高。國外不但將激光熔覆用於(yu) 表麵改性，也用於(yu) 機械零件的修複，由此開發研究了激光快速成型技術（DMD、DMP），用於(yu) 機械零件的直接製造。對於(yu) 機械零件的表麵磨損和腐蝕損傷(shang) ，可以用激光多層熔覆的方法恢複其尺寸和形狀。美國海軍(jun) 已建立專(zhuan) 門的激光熔覆修理實驗室對水下裝備的鋁合金結構件的腐蝕損傷(shang) 進行了成功的修複。對於(yu) 海軍(jun) 飛機常見的腐蝕損傷(shang) ，激光熔覆技術具有巨大的開發應用前景。 

激光加工技術發展前景 

       激光加工技術在很大程度上適應了現代飛機搶修中對鈦合金切割、鈦合金焊接、複合材料的切割的廣泛需要。隻要調整激光的功率密度和光斑移動速度就可以實現多種加工目的，是傳(chuan) 統加工工藝所無法比擬的。它可以成為(wei) 彌補傳(chuan) 統搶修技術缺陷的首選先進搶修技術，也是大有發展前景的搶修技術。 

       激光加工的表麵改性技術已在航空發動機製造領域得到應用。使用激光熔覆技術熔鑄航空發動機渦輪葉片冠部，成功恢複了葉片軸向尺寸。在飛機結構修理領域，激光加工技術已經開始得到重視，加拿大將其列為(wei) 有重大價(jia) 值的技術。但是對於(yu) 飛機結構的主要材料鋁合金，由於(yu) 沸點低、傳(chuan) 熱快、對激光的吸收率低，激光加工較困難，是國內(nei) 外激光應用領域公認的難題。如能成功應用，具有非常高的學術價(jia) 值和工程應用價(jia) 值。 

       在激光搶修技術的研究上，我國海軍(jun) 已走在國內(nei) 前沿。2006 年由海軍(jun) 航空工程學院等科研院所研製的“移動式激光搶修係統”已經開始配發部隊，為(wei) 激光技術應用於(yu) 飛機結構修理乃至戰時搶修創造了條件。