激光冲击强化技术的“先锋队”

　　中航工业制造所是国内最早开始激光冲击强化的单位之一，拥有专门的研究团队和较强的科研实力。历经十几年的稳步发展，在应用基础研究、专用装备研制、工艺技术研究、标准制定等多层次取得了一系列成果，为该技术在我国的发展奠定了坚实的基础：在国内率先开展发动机钛合金叶片的激光冲击强化技术研究，进而突破了航空发动机整体叶盘激光冲击强化的多项关键技术；从国际合作研制强脉冲激光器到自我研制高频率强脉冲激光器，开发激光冲击强化设备；从圆形光斑转化到方形光斑激光冲击强化，成功解决了叶片薄壁结构边缘变形和残余应力冲突的技术难题；采用柔性光学关节和小型激光加工头，实现了隐蔽面的激光冲击强化；分析了激光冲击强化高温合金后残余应力释放慢的特性，突破了涡轮盘榫齿等难强化面表面强化的瓶颈；针对行业内对新技术执行规范的高度关注，适时发布了激光冲击强化航空行业标准。中航工业制造所为工厂激光冲击强化提供技术支持及成果转让，为航空制造领域推广应用激光冲击强化技术做出了自己应尽的贡献。目前，制造所已实现整体叶盘的强化，将为长寿命、高性能的发动机设计提供一项关键技术。

　　长寿命制造技术的新选择

　　随着先进制造技术的发展，对航空装备关键结构件的服役寿命要求越来越高，减重增效是先进装备制造技术的永恒目标。制造所着眼行业需求，深入开展激光冲击强化应用于金属材料的焊接结构、机身孔结构、重点疲劳区转接R等的抗疲劳制造技术研究，正在更广泛的领域为关键构件的抗疲劳制造做出应有的贡献。

　　三、激光冲击强化技术在航空领域发展与应用

        激光冲击强化技术的原理，是采用短脉冲（几十纳秒）的强激光辐射金属部件表面涂覆的约束层（如流动的水等），并通过约束层作用于金属表面涂覆的不透明涂覆层（如黑漆或胶带），涂覆层吸收激光能量发生爆炸性汽化蒸发，蒸发的气体吸收剩余的激光产生快速膨胀的等离子流，限定在部件表面与约束层间的等离子流产生急速增大的高压冲击波，冲击波产生的“冷作用”作用于金属表面并向内传播，形成由塑性变形引发的残余压应力。当冲击波的峰值压力超过被处理材料动态屈服强度时，材料表层不产生应变硬化，残留很大应力，同时微观组织发生很大的变化，显著提高材料的抗疲劳、耐磨损和防应力腐蚀特性。

　　虽然与常规喷丸强化类似，激光冲击强化技术也是通过在金属部件的表面产生有益的残余压应力提高部件的抗疲劳与耐损伤特性，但是由于引入残余压应力的方法不同，激光冲击强化技术处理的部件明显优于常规喷丸强化处理的部件。

　　（1）激光冲击强化一般采用钕玻璃、YAG 及红宝石的高功率脉冲式激光器。所产生激光的波长为1.054μm，脉冲宽度为8~40ns，脉冲能量达50J，激光点直径为5~6mm，功率密度为5~10GW/cm2，这是常规的机械加工难以达到的。

　　（2）激光冲击强化主要利用高压力效应，具有无渗入或沉积污染、非接触、无热影响区及强化效果显著等特点。

　　（3）激光冲击强化后部件的表面硬度通常比常规处理方法的高10%~50％，可以获得极细的硬化层组织；硬化层深度通常为1~1.5mm，明显深于利用喷丸强化处理的部件的硬化层深度。