激光冲击强化实验介绍

一、激光冲击强化服务介绍

LSP的原理如图1所示。当高功率密度（GW/cm2量级）、短脉冲（10~30ns量级）的激光通过透明约束层作用于金属表面所涂覆的能量吸收涂层时，涂层吸收激光能量迅速气化并几乎同时形成大量稠密的高温、高压（>1GPa）等离子体。该等离子体继续吸收激光能量急剧升温膨胀，然后爆炸形成高强度冲击波作用于金属表面。当冲击波的峰值压力超过材料的动态屈服强度时，材料发生塑性变形并在表层产生平行于材料表面的拉应力。激光作用结束后，由于冲击区域周围材料的反作用，其力学效应表现为材料表面获得较高的残余压应力。残余压应力会降低交变载荷中的拉应力水平，使平均应力水平下降，从而提高疲劳裂纹萌生寿命。同时残余压应力的存在，可引起裂纹的闭合效应，从而有效降低疲劳裂纹扩展的驱动力，延长疲劳裂纹扩展寿命。

图1 激光冲击强化原理

图2 激光冲击强化合金钢材料

涂层的作用主要是保护工件不被激光灼伤并增强对激光能量的吸收，目前常用的涂层材料有黑漆和铝箔等。约束层除了能约束等离子体的膨胀从而提高冲击波的峰值压力外，还能通过对冲击波的反射延长其作用时间，目前最常用的约束层为流水。

二、应用范围

LSP技术能提高工业中常用钢及合金材料的疲劳寿命，因此LSP技术在航空航天、汽车工业、石油化工、核工业、海洋船舶、医疗工业等领域具有巨大的应用前景，甚至在某些场合具有不可替代的作用，潜在数百亿至数千亿的经济市场。

1）航空航天业

对具有裂纹已经报废的航空发动机叶片进行激光冲击后其性能指标超过新叶片；对整体叶盘进行激光冲击表面强化后可大幅度增强其耐久性，防止表面出现裂纹，从而提高使用寿命和降低维护修理成本；在飞机设计制造中也具有重要的作用，可以大幅度提高关键零部件的抗疲劳性能、改善结构件表面抗腐蚀能力、提高全寿命周期中的可靠性，尤其是对于小孔的强化，具有不可替代的作用。

2）汽车制造业

LSP技术可以使汽车制造商使用更少的材料来达到更高的强度，从而降低制造成本并减轻车身重量，进而降低耗油量，对节约能源和环境保护意义重大。

3）医疗卫生业

例如对人造膝关节进行冲击强化后，使用寿命可以从以前的2~3年提高到10年，可减少手术次数，减轻病人痛苦。

4）核工业

由于核废料的特殊性，需要将其密封后深埋，这就要求核废料罐能达到上万年的设计使用要求，而其上的焊缝是易发生腐蚀破坏的薄弱区。LSP技术步进能用于核废料储存容器焊缝的处理，而且还可用于改善核反应器的安全性与可靠性，延长反应器零件的工作时间，从而使沸水反应器和压力水反应器具有更长的服役时间和更低的运行成本。

5）船舶制造业

船舶在海水的长期作用下，极易发生腐蚀，尤其是管板焊接件、船体焊缝等，LSP技术将大大改善其使用寿命。

6）石油化工

石油和天然气的输送管道焊接区是易受腐蚀的薄弱区，一旦发生腐蚀泄露破坏，不但造成能源的巨大浪费，而且污染环境，破坏生态。激光冲击十分有效地提高管道的抗应力腐蚀疲劳寿命，能够带来很大的经济效益。

三、实验装备

激光喷丸一般以激光器脉冲能量来评估能量，现有实验装备2J、5J、10J、20J，满足从小功率到大功率的实验需求。

四、服务规则

1）实验预约：需提前一个月预约实验服务；

2）寄送地点：江苏省南京市六合区⻰池街道新集东路1198号C座；

3）实验周期：约10天（特殊情况除外）；

4）实验报告获取：实验后的3天，以邮件形式发送。