激光沖擊強化的應用及問題

羅成

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

關鍵詞：LSP；高周疲勞；精密成型

接觸疲勞是兩構件互相接觸在力的作用下產生小片或小塊狀金屬剝落而引起的表面失效。隨著科技的進步，激光沖擊強化是近些年來越來越普遍的一種表面處理技術。目前此種技術在各個國家都有應用，比如在美國，廣泛應用于航空發動機關鍵結構件的表面強化。一方面，它能提高金屬的各方面性能，另一方面，它又能使得工序簡單，影響小。因此，它具有廣闊的應用前景以及能產生巨大的經濟效益。

激光沖擊強化原理

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

目前，激光沖擊強化技術的發展取得了巨大的成就，隨著在某些領域零件的要求越來越苛刻，此項技術的應用領域也在與之同時的迅猛擴張，筆者主要介紹在高周疲勞與精密成形這兩個領域的近期發展情況。

1.高周疲勞

20世紀80年代，據美國調查，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世紀初，美國首次在發動機葉片上應用成功并且專門設置了激光強化技術的生產線。與國外相比，我國在激光強化方面起步較晚，但是一直以來，我國都沒有停止過對激光沖擊強化技術方面的研究，直到近些年來，我國才取得巨大的進展。2008年在西安研究而成的連續脈沖激光沖擊強化設備標志著我國擁有了使用激光沖擊強化技術的能力。

2.精密成型

既然激光沖擊強化技術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有巨大的應用前景。目前，在一些對材料要求較高的構件（比如航空航天，金屬容器等）已經開始使用激光沖擊強化的構件。在2012年，美國金屬改造公司已經開始生產了飛機機翼上的構件。

目前，激光強化技術的發展已經勢不可擋，但是與之同時，也對激光強化技術有了更多的要求。主要包括以下3個問題

1.在高溫或者低溫的情況下，激光沖擊強化如何發揮它的效能。

2.激光強化技術的成本該如何降低。

3.激光強化如何在零件上實現最好的應力分布。

結束語

激光沖擊強化作為一種新型的增加疲勞壽命的技術，它無可否認的是優于傳統噴丸技術的。但目前來說也的確是存在不少問題的，比如功率穩定性問題。相信只要不懈努力持之以恒，在解決了激光沖擊強化技術的問題后，一定會大大提高激光強化技術系統的使用效率，使之真正走向使用化階段。

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