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发表于 2009-4-24 22:22:26
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来自： 中国重庆
活到老学到老，也学不完
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1 激光冲击强化技术简介3 L' n! h( k% g4 t4 K, C
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当短脉冲(几十纳秒内)的高峰值功率密度( )的激光辐射金属表面时，金属表面吸收层（涂覆层）吸收激光能量发生爆炸性汽化蒸发，产生高压(GPa)等离子体，该等离子体受到约束层的约束爆炸时产生高压冲击波，作用于金属表面并向内部传播。在材料表层形成密集、稳定的位错结构的同时，使材料表层产生应变硬化，残留很大的压应力，显著的提高材料的抗疲劳和抗应力腐蚀等性能，这就是激光冲击强化，其原理如图1所示。) r1 V$ P8 C# {' p8 x
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: F$ [/ g' d: K( }/ G8 j激光冲击强化技术和其它表面强化技术相比较，具有如下鲜明特点：（1）高压，冲击波的压力达到数GPa，乃至TPa量级，这是常规的机械加工难以达到的，例如，机械冲压的压力常在几十MPa至几百MPa之间；（2）高能，激光束单脉冲能量达到几十焦耳，峰值功率达到GW量级，在10～20ns内将光能转变成冲击波机械能，实现了能量的高效利用。并且由于激光器的重复频率只需几Hz以下，整个激光冲击系统的负荷仅仅30KW左右，是低能耗的加工方式；（3）超高应变率，冲击波作用时间仅仅几十纳秒，由于冲击波作用时间短，应变率达到 ,这比机械冲压高出10000倍，比爆炸成形高出100倍。% ^% U8 ~% j% J+ u; b# G0 ]2 y
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激光冲击强化与传统的喷丸、冷挤压相比，有一定的相似性，因此国外又称其为激光喷丸，该技术具有非接触、无热影响区和强化效果显著等明显的技术优势。主要的优势包括：
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（1）激光冲击强化在预防裂纹产生和降低已经产生裂纹的扩展速率方面效果更好。国内外的许多实验表明，激光冲击强化对裂纹扩展处于初始裂纹稳定扩展阶段和中期裂纹稳定扩展阶段早期的影响很大，往往可以降低裂纹扩展速率几十倍以上，使初始裂纹稳定扩展阶段后移，并可提高疲劳扩展门槛应力强度因子。2004年，美国进行了7075-T351铝合金未处理试样、喷丸试样和激光冲击处理试样的裂纹产生及扩展对比研究，结果显示激光冲击比喷丸强化减缓裂纹扩展时间2～3倍，激光冲击强化最大提高疲劳寿命50倍。国内研究表明，激光冲击比喷丸强化提高某典型铝合金叶片高频疲劳寿命约2倍；提高镍基高温合金疲劳寿命30倍。效果好的主要原因是激光冲击强化可以获得更深的残余应力层。激光冲击获得的残余压应力层可达1～2mm，是喷丸的5～10倍；
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（2）激光冲击强化适用于对表面不规则部件、薄件、小孔、沟槽和大结构件局部进行强化。挤压、撞击强化只适合平面或规则回转面，喷丸强化对表面不规则部件实施较困难或效果受影响，对薄件强化可能引起变形，对表面粗糙度或尺寸都可能产生影响，对大型结构件强化设备要求很高；而激光冲击强化能克服这些不足，可达性好，光斑可调，并对强化位置的表面粗糙度和尺寸精度基本没有影响；挤压强化等对小孔边强化不太适合，而激光冲击强化很有效；7 ~: ]) V$ T( i P! x( \, L
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4 G+ a4 b6 D3 ]) t( ^' f* E（3）激光冲击强化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，激光冲击强化有无热影响、效果显著和可达性好等优势。 |
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