1 中国航空制造技术研究院先进表面工程技术航空科技重点实验室，北京 100024
2 中国航空制造技术研究院材料应用研究部，北京 100024
激光冲击强化是一种先进的材料表面抗疲劳制造技术，本文采用正交试验方法研究了激光冲击2050铝锂合金表面残余应力分布规律，获得了优化的激光冲击参数，并在此参数下验证了疲劳寿命增益。研究结果表明：激光冲击强化诱导的残余应力与试样的几何特性相关性较强，而激光冲击参数本身搭接率对残余应力的影响大于激光能量、大于冲击次数，最佳工艺参数为激光功率密度5.30 GW·cm-2、搭接率50%、2次冲击。采用此参数冲击后260 MPa和200 MPa应力水平下疲劳寿命分别提高了22%和63%。
激光技术 激光冲击强化 2050铝锂合金 残余应力 疲劳特性 激光与光电子学进展
2023, 60(1): 0114002
北京航空制造工程研究所高能束流加工技术重点实验室, 北京 100024
利用纳秒脉冲激光诱导冲击波对2024 铝合金试片进行单面冲击成形实验，分析了冲击成形试片的弯曲变形、残余应力和表面形貌。研究发现,激光功率密度和覆盖率影响试片冲击表层的塑形应变大小及其分布，进而影响试片的弯曲变形；随着覆盖率增大，冲击表面趋于平整；相同激光冲击参数下厚度大于4mm 的铝合金试板的曲率半径与试板厚度平方成正比，试片正/反面均为压应力分布，试片弯曲对正面强化表面的残余压应力具有松弛作用。
激光技术 激光加工 激光冲击成形 弯曲变形 2024 铝合金 激光与光电子学进展
2015, 52(12): 121405
1 北京航空制造工程研究所 高能束流加工技术重点实验室, 北京 100024
2 空军驻北京地区军事代表室, 北京 100024
3 北京人大附中朝阳学校, 北京 100028
激光冲击强化(Laser Shock Processing)又称激光喷丸(Laser Peening)是一种新型表面强化技术, 是利用高功率密度(可达GW/cm2)、短脉冲(ns量级)激光辐照材料表面时, 材料表面的表面吸收层(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。介绍了激光诱导等离子体的原理、激光在材料表面诱导冲击压力模型、激光冲击致材料表层纳米化、激光冲击诱导等离子体强化技术应用于钛合金和铝合金在航空工业中的应用, 并对该技术的国内外研究现状进行了阐述及展望。
激光冲击强化 等离子体 压力模型 纳米化 laser shock processing plasma Pressure model nanocrystallation
1 高能束流加工技术国防科技重点实验室 北京航空制造工程研究所, 北京 100024
2 成都飞机设计研究所, 四川 成都 610041
利用脉宽30 ns的钕玻璃激光器对7050铝合金紧固孔进行激光冲击强化, 采用先强化材料表面, 再钻紧固孔的方式对双联疲劳试件进行强化, 并在飞机中机身随机载荷条件下进行疲劳试验。试验结果表明: 激光冲击强化后的紧固孔的疲劳寿命比未强化紧固孔的疲劳寿命提高1.5 倍, 强化后紧固孔的裂纹均起裂于次表层, 且出现多个疲劳裂纹源。疲劳增益主要得益于激光冲击强化后紧固孔周围为残余压应力分布, 强化表层的较小的冷作硬化程度, 以及超高应变速率塑性应变引起的高密度位错, 激光冲击强化技术可有效提高小尺寸紧固孔的疲劳寿命。
激光冲击强化 7050铝合金 紧固孔 疲劳性能 laser shock peening 7050 aluminum alloy fastener hole fatigue property
1 中航工业北京航空制造工程研究所高能束流加工技术国防科技重点实验室, 北京 100024
2 华中科技大学机械科学与工程学院, 湖北 武汉 430074
介绍了航空发动机叶片对激光冲击强化的需求，描述了国内外的一些研究成果。测试和对比了方形光斑和常规圆形光斑激光冲击强化后的表面轮廓，并采用方形光斑搭接激光冲击强化TC17钛合金叶片，初步验证了钛合金叶片强化改善振动疲劳性能的效果。分析了发动机整体叶盘(IBR)的叶片边缘激光冲击强化的关键难题，并对发动机整体叶盘激光冲击强化在中国的发展做了介绍和展望。
激光技术 激光冲击强化 涡轮发动机 钛合金 整体叶盘 疲劳性能
北京航空制造工程研究所高能束流加工技术重点实验室， 北京 100024
采用脉宽30 ns，能量40 J的调Q掺钕玻璃激光对TC4 钛合金钨极惰性气体(TIG)焊焊缝进行了1～3次的激光冲击强化(LSP)处理，并与未经LSP处理的焊缝的表面显微硬度、焊缝微观组织、接头的拉伸力学性能和拉伸断口的扫描电镜(SEM)照片进行比较，研究LSP处理次数对TC4 钛合金TIG焊焊缝组织性能的影响。结果表明，LSP能够使焊缝横截面靠近材料表面的区域针状α′相数量减少，热影响区靠近材料表面的区域细小等轴晶数量增加；随着LSP处理次数的增加，TC4钛合金 TIG焊接头表面的显微硬度增加；焊接接头的抗拉强度和屈服强度变化不明显，而断后延伸率出现降低趋势。
激光技术 激光冲击处理 TC4钛合金 钨极惰性气体焊焊缝 表面硬度 微观组织 拉伸力学性能
1 北京航空制造工程研究所高能束流国防科技重点实验室, 北京 100024
2 贵州黎阳航空发动机公司, 贵州 贵阳 561102
对1Cr11Ni2W2MoV马氏体不锈钢进行了激光冲击处理(LSP)的基础性研究。激光器最大输出能量为50 J,激光功率密度3.7～7.5 GW/cm2。吸收层和约束层分别选取Al箔和均匀流水层,激光束采用倾斜入射方式,实验对单光斑试样、搭接光斑试样、疲劳试样分别进行冲击。通过表面形貌、显微硬度和残余应力等检测,验证了激光功率密度对冲击区性能的影响。三组疲劳试件进行对比表明,先冲击后打孔试件的疲劳性能最好,其表面高幅值的残余压应力层能很好地抑制疲劳裂纹的萌生和延长裂纹扩展的速率。实验证明激光冲击处理可以有效提高马氏体不锈钢的疲劳性能。
激光技术 激光冲击处理 马氏体不锈钢 疲劳性能
北京航空制造工程研究所高能束流加工技术国防科技重点实验室， 北京 100024
介绍了激光冲击处理(LSP)的特点和应用情况，研究了激光冲击处理对钛合金表面轮廓、残余应力和疲劳性能的影响。结果表明，经激光冲击处理后效果十分明显，钛合金获得光斑大小的凹坑，凹陷值10～20 μm，残余应力最大可达-600 MPa以上，表面残余应力水平与高强度喷丸相当，但塑性变形程度明显大于喷丸;合适的激光参数和搭接率可以获得光滑平整的冲击区，双光束冲击处理涡轮叶片后有明显冲击痕迹和残余压应力，并且没有发现变形和裂纹。
激光技术 激光冲击处理 表面轮廓 残余应力 钛合金 涡轮叶片
高能束流加工技术国防科技重点实验室,北京,100024
水约束层可以提高等离子体的压力和脉宽,已经成功应用于激光喷丸工程化加工.本文研究了水约束层的基本属性,例如水对不同波长激光的吸收率、寄生等离子体产生机制.还详细分析了寄生等离子体存在时,1064nm波长激光的透过率和等离子体压力随激光功率密度的演化过程.最后介绍了水约束层下激光喷丸的光路净化方案.
水约束层 激光喷丸 激光冲击强化
激光冲击处理(又称激光喷丸)技术是利用强脉冲激光致的压力冲击波在金属材料表层产生应变硬化的一种新型表面强化技术.本文介绍了激光冲击处理技术的特点,分析了国内外最新发展状况,特别是LLNL、MIC、GE等公司应用激光冲击强化涡轮发动机零件的工艺.
激光冲击处理 激光喷丸 表面强化 疲劳性能 涡轮发动机 laser shock processing laser peening surface strengthen fatigue properties turbine engine
