激光沖擊強(qiáng)化的應(yīng)用及問(wèn)題

羅成

摘要：激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)（LSP）是利用強(qiáng)激光束產(chǎn)生的等離子沖擊波，提高金屬材料的抗疲勞、抗腐蝕以及耐磨性能的新型技術(shù)。本文在閱讀了一定的相關(guān)文獻(xiàn)后，對(duì)激光沖擊強(qiáng)化的原理進(jìn)行了簡(jiǎn)單描述，對(duì)激光沖擊強(qiáng)化在高周疲勞和精密成型兩個(gè)方面的應(yīng)用進(jìn)行了稍微提及。同時(shí)，對(duì)激光沖擊強(qiáng)化目前存在的問(wèn)題筆者就自己的看法進(jìn)行了提出。

關(guān)鍵詞：LSP；高周疲勞；精密成型

接觸疲勞是兩構(gòu)件互相接觸在力的作用下產(chǎn)生小片或小塊狀金屬剝落而引起的表面失效。隨著科技的進(jìn)步，激光沖擊強(qiáng)化是近些年來(lái)越來(lái)越普遍的一種表面處理技術(shù)。目前此種技術(shù)在各個(gè)國(guó)家都有應(yīng)用，比如在美國(guó)，廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件的表面強(qiáng)化。一方面，它能提高金屬的各方面性能，另一方面，它又能使得工序簡(jiǎn)單，影響小。因此，它具有廣闊的應(yīng)用前景以及能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

激光沖擊強(qiáng)化原理

激光沖擊強(qiáng)化原理圖如下圖所示，由高功率的脈沖激光通過(guò)約束層作用于目標(biāo)材料的約束層上從而產(chǎn)生等離子體使得金屬表面產(chǎn)生生塑性變形，獲得表面殘余壓應(yīng)力，從而提高材料的疲勞壽命強(qiáng)度。

目前，激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)的發(fā)展取得了巨大的成就，隨著在某些領(lǐng)域零件的要求越來(lái)越苛刻，此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域也在與之同時(shí)的迅猛擴(kuò)張，筆者主要介紹在高周疲勞與精密成形這兩個(gè)領(lǐng)域的近期發(fā)展情況。

1.高周疲勞

20世紀(jì)80年代，據(jù)美國(guó)調(diào)查，有95%以上的事故造成的原因都是由于疲勞斷裂而引起的。在20世紀(jì)初，美國(guó)首次在發(fā)動(dòng)機(jī)葉片上應(yīng)用成功并且專門(mén)設(shè)置了激光強(qiáng)化技術(shù)的生產(chǎn)線。與國(guó)外相比，我國(guó)在激光強(qiáng)化方面起步較晚，但是一直以來(lái)，我國(guó)都沒(méi)有停止過(guò)對(duì)激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)方面的研究，直到近些年來(lái)，我國(guó)才取得巨大的進(jìn)展。2008年在西安研究而成的連續(xù)脈沖激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備標(biāo)志著我國(guó)擁有了使用激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)的能力。

2.精密成型

既然激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)能夠有效的改善提高金屬的疲勞性能，自然而然的在精密成形方面會(huì)有巨大的應(yīng)用前景。目前，在一些對(duì)材料要求較高的構(gòu)件（比如航空航天，金屬容器等）已經(jīng)開(kāi)始使用激光沖擊強(qiáng)化的構(gòu)件。在2012年，美國(guó)金屬改造公司已經(jīng)開(kāi)始生產(chǎn)了飛機(jī)機(jī)翼上的構(gòu)件。

目前，激光強(qiáng)化技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)勢(shì)不可擋，但是與之同時(shí)，也對(duì)激光強(qiáng)化技術(shù)有了更多的要求。主要包括以下3個(gè)問(wèn)題

1.在高溫或者低溫的情況下，激光沖擊強(qiáng)化如何發(fā)揮它的效能。

2.激光強(qiáng)化技術(shù)的成本該如何降低。

3.激光強(qiáng)化如何在零件上實(shí)現(xiàn)最好的應(yīng)力分布。

結(jié)束語(yǔ)

激光沖擊強(qiáng)化作為一種新型的增加疲勞壽命的技術(shù)，它無(wú)可否認(rèn)的是優(yōu)于傳統(tǒng)噴丸技術(shù)的。但目前來(lái)說(shuō)也的確是存在不少問(wèn)題的，比如功率穩(wěn)定性問(wèn)題。相信只要不懈努力持之以恒，在解決了激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)的問(wèn)題后，一定會(huì)大大提高激光強(qiáng)化技術(shù)系統(tǒng)的使用效率，使之真正走向使用化階段。

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