激光冲击强化

摘要： 为了研究激光冲击强化(LSP)后加力燃烧室火焰探测器焊缝位置异常开裂原因,采用X射线衍射方法和金相方法对激光冲击强化效果进行分析,并利用扫描电子显微镜对断口进行了观察。在Abaqus有限元分析软件中建立了与观察到的焊缝缺陷相似的有限元模型,对焊缝缺陷的LSP处理及冲击波传播过程进行了模拟分析。试验结果表明:具有较好材料完整性的区域经LSP处理后,表面会预置较大残余压应力,同时表面金属晶粒得到细化,疲劳裂纹会在焊缝缺陷位置萌生和扩展。有限元分析结果表明:存在分层缺陷的焊缝经LSP强化后,冲击波会在分层缺陷处产生反射,造成分层位置发生开裂,形成裂纹源造成疲劳开裂。根据试验和仿真分析结果,为提升火焰探测器焊缝激光冲击抗疲劳效果,建议优化焊接工艺,提高焊接质量。

摘要： 吊臂是大型海工绕桩吊机的主要承重部件之一,吊臂材料的表面强化和优选研究对绕桩吊机的高质量、高强度制造起着重要作用。选取Q235、Q345、Q550三种钢材作为吊臂制造的研究材料,采用激光冲击强化技术进行表面处理,对比冲击前后材料的表面残余应力、表面粗糙度、显微硬度和抗拉强度。结果表明:三种钢材经激光冲击强化后,残余应力分别提高500%、346.7%、192.9%,表面粗糙度值分别提高15.5%、3.5%、13.3%,显微硬度分别提高15.9%、17.3%、13.2%,抗拉强度分别提高6.1%、7.5%、5.0%。通过综合考虑三种钢材的性能指标数据及吊臂的实际应用场景,选择Q345钢作为吊臂制造材料的加工效果最优。

摘要： 采用激光冲击强化(LSP)技术对TC4双相钛合金进行表面强化处理(冲击0~3次),研究了β相晶粒细化机理以及强化前后残余应力、表面硬度及疲劳强度的变化。结果表明:激光冲击强化过程中,β相晶粒内的位错首先通过滑移形成位错线,随着塑性变形加剧,位错不断堆积形成位错壁和位错胞,位错进一步运动后形成亚晶界,并通过动态再结晶实现晶粒细化;3次冲击强化后,合金的晶粒尺寸由原始板材的21.33μm降至4.68μm;随着激光冲击强化次数增加,合金表面的残余压应力、显微硬度及疲劳强度均增大。

摘要： 目的 提高TC4钛合金与TiN涂层的结合强度。方法 通过实验研究的方法探索激光冲击强化对TC4钛合金表面TiN涂层界面结合性能的影响。首先,采用不同激光冲击参数(光斑搭接率、功率密度)对其表面进行前处理。利用Wyko NT 1100型非接触式光学轮廓仪(NCOP)测量TC4钛合金试样的表面几何形貌和粗糙度。利用X350A型X射线残余应力测定仪测量TC4钛合金表面残余应力。利用HXD-1000TMSC/LCD型显微硬度计测量冲击表面的显微硬度。其次,采用离子镀膜技术在激光冲击区域制备TiN薄膜,并利用WS-2005型涂层附着力自动划痕仪测试TiN涂层与TC4钛合金的界面结合力,分析激光冲击前处理对TiN涂层界面结合性能的影响。最后,通过摩擦磨损试验验证激光冲击强化前处理改善涂层界面结合性能的有效性。结果 在动态加载载荷为50 N、加载速率为50 N/min、划痕长度为4 mm的测试条件下,未经激光冲击处理的TiN涂层与基体的结合力为28.9 N,经激光冲击前处理后A1—A5试样的结合力分别提升至32.3、33.2、34.9、36.8、39.6 N,前处理对界面结合力的提升幅度分别为11.76%、14.88%、20.76%、27.34%、37.02%。在试验负载为7.5 N、往复行程为5 mm、往复频率为2 Hz、测试时间为25 min的干摩擦条件下,A1—A5试样的磨损率分别降至3.79×10^(-5)、9.8×10^(-6)、8.82×10^(-6)、4.32×10^(-6)、1.24×10^(-6)mm^(3)/(N·m)。结论 激光冲击强化前处理可以有效提高TiN涂层的界面结合力,提高涂层的耐磨损性能。激光参数中光斑搭接率对涂层界面性能的影响最显著,50%的搭接率可使激光强化效果均匀,在50%搭接率、6.43 GW/cm^(2)功率密度的激光参数作用下可以获得最优的界面结合性能和耐磨效果。

摘要： 为了研究约束条件对薄板激光冲击表面完整性的影响,对厚度为1 mm的304不锈钢薄板进行了激光冲击强化处理,分析了两端夹持和底部全约束条件下,板材表面形貌、显微硬度和微观组织的差异,并通过数值模拟和实验研究了不同厚度板材的表面残余应力分布和约束条件的影响机理。结果表明,底部全约束试样表面凹坑深度约14μm,远小于两端夹持试样。两种约束条件下试样深度方向显微硬度的区别并不明显,试样表面附近均产生了细小的孪晶,高密度的形变孪晶使材料的显微硬度得到提升。当板材厚度小于2 mm时,底部全约束条件下的残余应力场效果明显较好。两种约束条件下应力波的反射情况明显不同,反射的应力波影响了薄板表面的残余应力场。

摘要： 目的探究激光冲击强化技术对2024铝合金叶片振动性能的影响,并探寻最理想的冲击参数。方法运用Johnson-Cook动态塑性本构模型模拟激光冲击选区强化过程,对强化后的2024航空铝合金叶片的振动特性进行分析。将2024铝合金在激光冲击强化过程中产生的残余应力场和梯度密度分布导入模型,量化激光冲击强化对2024铝合金叶片振动特性的提高效果,研究激光冲击参数对叶片振动响应的影响规律。结果激光冲击强化产生的残余压应力场并非均匀分布在表面,而是只存在于冲击区域,冲击区域外为拉应力。其中,最大残余压应力为273.5 MPa。选取第六阶振型为目标振型,在同样冲击工况下,模拟和实验结果吻合较好。在模型中引入激光冲击强化产生的残余应力与梯度密度结构会使2024铝合金叶片的振动特性发生改变,其中,残余应力对振动特性影响更为显著。结论激光冲击强化工艺调控分析表明,采用较大圆形光斑,施加较大功率密度冲击模型中部,可获得最显著的振动特性改善效果。最适合的激光冲击强化参数可将振动特征频率降低118.87 Hz,将振幅降低94.37%。

摘要： 为研究激光表面强化技术在体育器械用铝合金材料的使用效果,利用有限元模拟方法完成激光表面强化过程的模拟分析。通过构建体育器械用铝合金材料物理模型,设定数值模拟边界条件等环节,实现体育器械用铝合金材料的激光表面强化数值模拟。选定实验对象,使用此数值模拟方法模拟加工过程。经实验结果证实,此方法模拟结果符合激光强化原理与技术特征,且数值模拟结果与实操结果较为贴近。在日后的研究中,可使用此技术设定激光强化参数,以此推动激光强化技术的发展。

摘要： 2022年7月26日,国家知识产权局发布《关于第二十三届中国专利奖授奖的决定》,温州大学激光加工机器人国家级国际科技合作基地主任薛伟教授领衔研发的“一种飞机叶片榫槽底部平面激光冲击强化方法和装置”荣获中国专利金奖。喜讯传来,给了正在积极创建“浙江省激光智能装备技术创新中心”的温大激光团队极大的鼓舞。

摘要： 增材制造与激光冲击强化技术相结合,以提高增材制造打印产品的力学性能。本文以316L不锈钢粉末为实验原料,通过同轴送粉式增材制造工艺获得实验试件;利用SIA-LSP-23系列激光冲击强化系统在不同激光能量下对增材316L不锈钢试件进行处理,研究了增材316L不锈钢实验试件激光冲击强化处理前后的残余应力、显微硬度和抗拉强度。经激光冲击强化处理,增材316L不锈钢近表面引入了残余压应力、并伴随着显微硬度和抗拉强度的显著提高;所引入的残余压应力、显微硬度和抗拉强度随激光能量的增加而增加,表明较高的激光能量能够获得较好的激光冲击强化效果;激光冲击强化作用后的增材316L不锈钢的截面显微硬度分布规律与残余应力分布规律类似,但显微硬化层深度要比残余压应力层深度要深0.15~0.25 mm。激光冲击强化可作为一项后处理技术用来提高增材制造打印产品的力学性能。

摘要： 目的激光冲击强化处理后GCr15轴承钢实现表面纳米化,同时其力学性能和摩擦磨损性能得到显著改善。方法采用激光冲击强化对GCr15轴承钢进行表面强化。使用三维形貌仪、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、显微硬度计、X射线残余应力分析仪(LXRD)以及摩擦磨损实验仪,对GCr15轴承钢经激光冲击强化处理后的微观组织、力学性能和摩擦磨损性能进行研究。结果经过激光冲击强化处理后,GCr15轴承钢的位错密度增加,马氏体分布更加均匀且宽度下降,电子衍射花样呈连续的环状,说明有纳米晶组织生成;有效提高材料表面硬度,与原始试样相比,硬度提升了5.1%,并引入了大小为947 MPa左右、深度约为900μm的残余压应力层;平均摩擦因数下降,磨痕宽度和深度都减小,磨损率的下降幅度为17%~21%,磨损机理以磨粒磨损为主,并伴随一定的黏着和氧化磨损,耐磨性得到提高。结论激光冲击强化使GCr15轴承钢的位错密度增加、马氏体碎化且碳化物数量增加、粒径下降;提高了GCr15轴承钢的硬度并在材料次表层构建了残余压应力层,残余压应力在滑动干摩擦过程中释放,马氏体晶粒细化和残余应力释放可有效提高GCr15轴承钢的耐磨性。

摘要： 激光冲击强化是一种新型表面处理技术,利用高功率激光束冲击金属零件表面,在零件表而形成较火的残余压应力,可有效改善零件的疲劳性能.以航空发动机TA11材料转子叶片为研究对象,对其进行激光冲击强化处理,研究强化处理对叶微观组织和疲劳性能的影响.研究结果表明:激光冲击强化技术在TA11材料转子叶片表面形成了大量纳米级晶粒及非晶组织,在次表面产生了形变孪生及高密度位错,有效提高了材料的疲劳性能.

摘要： 激光冲击强化是一种新型表面处理技术,利用高功率激光束冲击金属零件表面,在零件表面形成较大的残余压应力,可有效改善零件的疲劳性能.以航空发动机TA11材料某级转子叶片为研究对象,对其进行了激光冲击强化处理,研究强化处理对叶片的微观组织和疲劳性能的影响.结果表明:激光冲击强化技术在TA11材料转子叶片材料表面形成了大量纳米级晶粒及非晶组织,在次表面产生了形变孪生及高密度位错,有效提高了材料的疲劳性能.

摘要： 激光冲击强化技术相对于喷丸、滚压和挤压等传统强化技术来说,在适用范围和强化效果上有着明显的优势。介绍了激光冲击强化的原理与特点,阐述了国内外激光冲击强化的研究状况,分析了该技术在实际工程中运用面临的问题,以及目前运用的现有激光冲击强化方法和装置的缺点与不足,并对该技术未来的发展方向进行了展望。

摘要： 本文对约束层为玻璃的激光冲击强化过程中产生的冲击波压力特征及其在介质里的衰减规律进行了研究。首先采用实验室研制的自由表面速度测量系统对冲击强化过程中靶体背表面的冲击中心位置质点速度进行了测量，得到了质点速度的时间波形。结果表明，测量系统捕捉到了由于弹性前驱波扰动所致的质点速度，为短时间尺度的冲击动力学实验提供了一种有力的测量手段。其次，发展了用于计算冲击波压力的耦合分析模型。模型中考虑了约束层、吸收层及靶体材料的本构关系，同时考虑各材料的厚度影响。另外，将耦合分析模型计算得到的冲击波压力特征作为加载条件，采用LS-DYNA程序对材料的动态响应过程进行了模拟。计算得到的靶体背表面冲击中心区域的质点速度与实验的测量结果相吻合，验证了计算模型和计算方法的合理性。最后，为了研究激光冲击强化过程中，靶体材料内部冲击波的衰减规律，计算了无限厚度靶体内的动态响应过程。计算表明，在材料动态屈服极限前后，冲击波压力和质点速度分为一个快速的线性衰减过程和一个较慢的线性衰减过程。对冲击波压力和质点速度衰减曲线进行无量纲化，并对曲线进行拟合。得到响应的衰减规律经验计算公式。

摘要： 整体叶盘的表面质量是影响其使用性能的重要因素之一,本文研究了整体叶盘的激光冲击强化技术和表面光饰技术,为国内新一代发动机整体叶盘发展提供借鉴。文章介绍了激光冲击强化技术基本原理及其在国外整体叶盘强化方面的应用情况;描述了磨粒流加工技术、振动光饰技术、电化学加工＼电火花加工技术在整体叶盘表面光饰中的应用及优缺点。

摘要： 利用Nd:YAG激光器对TC17钛合金薄板进行了不同搭接率和激光能量的冲击实验,对试样表面进行了三维轮廓、残余应力和显微硬度的测量.搭接率25％时试样表面轮廓检测到明显的衍射条纹,搭接率75％时衍射条纹消失,试样表面均匀平整.能量相同搭接率由50％提高到75％时残余应力有显著提高,搭接率25％时能量变化对残余应力影响不明显,75％时随激光能量的提高残余应力得到大幅度的提高.搭接率和激光能量差异使显微硬度值存在波动,深入分析了硬度分布和光斑位置以及冲击波作用的关系.

摘要： 为了研究激光强化对于FV520B叶片钢表面改性处理,采用波长为1064nm的脉冲纳秒Nd:YAG激光器设备,通过Fabbro经典冲击模型选取适当冲击参数,对叶片钢进行激光冲击强化(Laser Shock Peening,LSP),并分析表面硬度,表面形貌以及疲劳寿命等的变化.研究结果表明,经过激光强化后,材料表面的显微硬度得到明显提高;材料内部产生的应力使表面凹陷区域产生了微小凸起,但对表面粗糙度影响很小;进一步对强化试件疲劳性能进行测试,在不同幅值下的疲劳性能有显著提高.综上,激光强化对于改善FV520B叶片钢表面性能效果明显.

摘要： 本文针对两类具有典型低速且速率快速变化特征的测试条件，即激光冲击强化(LSP)自由表面速度和霍普金森杆(SHPB)端面及试样径向速度进行了PDV测量.编制了短时傅里叶变换(STFT)和连续小波变换(CWT)两种数据程序.研究表明，PDV对两类试验均能实现较好地测量，不同试验条件下应采用不同的时频变换方法.对于LSP自由表面速度，采用CWT能够获得与理论相符的速度历程，并正确地解析了弹性前驱波；对于SHPB端面速度，STFT和CWT均能获得较好的处理结果；对于SHPB试验中试样径向速度，由于CWT对背景噪声的敏感性，用STFT处理更为理想.

摘要： 利用脉宽30ns的钕玻璃激光器强化铝箔烧蚀层覆盖的TC17钛合金,激光光斑尺寸为4mm×4mm.对强化表面的缺陷进行表面形貌分析、能量色散X射线成份分析(EDX)和扫描电镜分析.在强化表面发现了许多微小的压痕缺陷,在微小压痕内及其附近探测到了碳元素分布.随着激光冲击次数增加,铝箔烧蚀层的厚度逐渐降低,因此在4个方形光斑中心搭接区的铝箔发生微小的破损,但未发现基体材料表面发生烧蚀情况.当铝箔表面较大面积发生破损或者激光直接照射在基体材料表面,将产生厚度为1～3.μm的再铸层,并且在再铸层中发现数量众多的微裂纹和气孔.

摘要： 采用了爆轰波的C-J起爆模型,计算了激光支持爆轰波初始参数,得到激光功率密度与爆轰波波面初始参数的关系.利用流体力学的方法建立爆轰渡在靶与约束层双重约束作用下的二维辐射膨胀模型,用Fluent软件进行仿真研究,得到了激光冲击强化后不同时间对应的爆轰波压力和轴向速度分布,仿真结果与激光冲击强化GH742试件后表面残余应力分布的实验结果一致.

摘要： 本发明公开了一种用于激光冲击强化牺牲层的液体强化胶及其在激光冲击强化中的应用，属于激光冲击强化技术领域。该液体强化胶的原料组成：丁腈橡胶为20‑40％；苯乙烯为30‑50％；全氯乙烯5‑15％；二氧化硅5‑15％；炭黑0.5％‑1％。该液体强化胶在激光冲击强化中的应用过程为：先根据激光冲击强化工艺参数计算工件表面待强化区域所需液体牺牲层的体积，在待加工区域进行液体强化胶的涂覆，凝固后进行激光冲击强化；撕掉凝固后的牺牲层，完成强化过程。本发明牺牲层与传统激光冲击强化牺牲层黑胶或者铝箔相比可以更好的强化复杂曲面，更有利于工程运用。

摘要： 本发明提供了一种针对工件表面的激光冲击强化装置。该装置中包括谐振腔，选用流体作为约束层，并且该约束层被限制在谐振腔内。利用该装置进行激光冲击强化处理时，由于谐振腔的存在，使原本向外散失的冲击波得到利用，通过谐振腔的反射和聚波作用形成复合冲击波，两次或更多次地作用于工件表面，实现一个脉冲多次冲击的效果，大大提高了能量利用率；同时，由于流体约束层被限制在谐振腔内，形状固定，从而有效解决了现有技术中流体约束层厚度难以控制，稳定性差的问题。因此，该装置能提高激光冲击强化的效果和可靠性具有良好的应用前景。

摘要： 本发明涉及制造设备技术领域，且公开了一种激光冲击强化与喷丸强化优化组合的强化方法，所述方法包括步骤：S1：设计设计高周疲劳钛合金试验件；S2：对钛合金试验件进行激光冲击强化；S3：对钛合金试验件进行喷丸强化；S4：对钛合金表面进行完整性测试；S5：对钛合金进行高周疲劳测试；S6：进行参数优化。具有创新性好，综合了激光冲击强化与喷丸强化两种表面技术的优势；工艺简单，激光冲击强化技术和喷丸强化技术都是成熟技术，通过合理控制强化参数，对钛合金构件进行强化即可，操作简单，可行性高；强化效果好通过高周疲劳测试，结果显示组合强化可以显著提高钛合金构件的高周疲劳寿命和疲劳极限并具有应用前景好等优点。

摘要： 本发明公开了纳秒脉冲激光冲击强化钛合金薄叶片冲击波吸收的方法。本发明本发明在对钛合金薄叶片侧、边缘进行激光冲击强化处理时，利用特定的冲击波能量吸收装置将冲击波从叶片侧边、背面导出，从而控制薄叶片冲击变形并提升强化效果，通过在待强化叶片背面安装能量陷阱装置，利用现有激光冲击强化技术，实现薄叶片表面冲击强化技术突破，操作简单，可行性高，可直接在已有设备上改装，克服现有薄叶片激光冲击强化降功率、降脉宽而导致强化效果不好，双面冲击强化又容易导致内部形成拉伤的缺点，采用能量为2～5J、光斑直径为1～2mm的纳秒脉冲激光对钛合金薄叶片侧边进行冲击强化，是进行薄叶片强化的关键核心技术，强化效果好，适宜推广使用。

摘要： 本发明公开了一种激光冲击强化等离子体冲击波约束方法。利用强磁场的约束使激光诱导产生的等离子体(正离子、负离子)分离，使正离子附着在牺牲层(铝箔或者黑胶带)表面，形成一种透明带电的等离子体约束层，主要作用是约束产生的等离子体冲击波，增强冲击波对靶材的作用效果。由于等离子体存在的时间尺度要远大于激光脉冲宽度，所以利用强磁场将激光诱导产生的等离子正负离子分离形成一层约束层。本发明方法工艺简单，可控性强、效果显著，相比于传统的约束层(水或者玻璃)，激光诱导产生的等离子可以对复杂曲面、凹槽、榫槽、复杂内壁面的激光冲击强化进行约束，有效地抑制冲击波向外扩散，提高激光冲击强化效果。

摘要： 本发明公开了一种用于激光冲击强化牺牲层的液体强化胶及其在激光冲击强化中的应用，属于激光冲击强化技术领域。该液体强化胶的原料组成：丁腈橡胶为20‑40％；苯乙烯为30‑50％；全氯乙烯5‑15％；二氧化硅5‑15％；炭黑0.5％‑1％。该液体强化胶在激光冲击强化中的应用过程为：先根据激光冲击强化工艺参数计算工件表面待强化区域所需液体牺牲层的体积，在待加工区域进行液体强化胶的涂覆，凝固后进行激光冲击强化；撕掉凝固后的牺牲层，完成强化过程。本发明牺牲层与传统激光冲击强化牺牲层黑胶或者铝箔相比可以更好的强化复杂曲面，更有利于工程运用。

摘要： 本发明提供了一种针对工件表面的激光冲击强化装置。该装置中包括谐振腔，选用流体作为约束层，并且该约束层被限制在谐振腔内。利用该装置进行激光冲击强化处理时，由于谐振腔的存在，使原本向外散失的冲击波得到利用，通过谐振腔的反射和聚波作用形成复合冲击波，两次或更多次地作用于工件表面，实现一个脉冲多次冲击的效果，大大提高了能量利用率；同时，由于流体约束层被限制在谐振腔内，形状固定，从而有效解决了现有技术中流体约束层厚度难以控制，稳定性差的问题。因此，该装置能提高激光冲击强化的效果和可靠性具有良好的应用前景。

摘要： 采用时序双激光脉冲提升激光诱导冲击波强度的激光冲击强化方法，属于激光加工领域，本发明为解决现有激光冲击强化系统普遍存在激光能量利用不充分，影响冲击波强度的问题。本发明方法为：激光脉冲A、B以相对延迟方式先后辐照冲击工件表面同一位置。具体过程为：脉冲A先辐照冲击工件表面形成初始等离体，当该初始等离体的电子密度降低至形成等离子体屏蔽效应临界密度以下时，延迟到达的脉冲B辐照冲击靶区，脉冲B的一部分激光能量到达吸收层表面，继续对工件的材料进行气化和电离；脉冲B的另一部分激光能量被脉冲A形成的初始等离子体逆韧致吸收。在不扩增激光装置输出能力，且不改变光斑辐照面积的条件下，提升冲击波强度的目的。

摘要： 本发明涉及制造设备技术领域，且公开了一种激光冲击强化与喷丸强化优化组合的强化方法，所述方法包括步骤：S1：设计设计高周疲劳钛合金试验件；S2：对钛合金试验件进行激光冲击强化；S3：对钛合金试验件进行喷丸强化；S4：对钛合金表面进行完整性测试；S5：对钛合金进行高周疲劳测试；S6：进行参数优化。具有创新性好，综合了激光冲击强化与喷丸强化两种表面技术的优势；工艺简单，激光冲击强化技术和喷丸强化技术都是成熟技术，通过合理控制强化参数，对钛合金构件进行强化即可，操作简单，可行性高；强化效果好通过高周疲劳测试，结果显示组合强化可以显著提高钛合金构件的高周疲劳寿命和疲劳极限并具有应用前景好等优点。

摘要： 本发明公开了一种激光冲击强化等离子体冲击波约束方法。利用强磁场的约束使激光诱导产生的等离子体(正离子、负离子)分离，使正离子附着在牺牲层(铝箔或者黑胶带)表面，形成一种透明带电的等离子体约束层，主要作用是约束产生的等离子体冲击波，增强冲击波对靶材的作用效果。由于等离子体存在的时间尺度要远大于激光脉冲宽度，所以利用强磁场将激光诱导产生的等离子正负离子分离形成一层约束层。本发明方法工艺简单，可控性强、效果显著，相比于传统的约束层(水或者玻璃)，激光诱导产生的等离子可以对复杂曲面、凹槽、榫槽、复杂内壁面的激光冲击强化进行约束，有效地抑制冲击波向外扩散，提高激光冲击强化效果。