激光冲击技术应用范围-激光知识

1激光冲击处理整体叶盘

整体叶盘结构是提高发动机性能、简化结构、减重、提高可靠性的重要措施。经激光冲击强化的叶片的抗******能力和疲劳性能大幅度提升，甚至已强化叶片边缘缺口小于3mm时，其使用寿命仍与完好的未强化叶片相当。由于单体叶片性能的提升，减少了因单个叶片损坏而报废整个叶盘的几率。在役未强化的整体叶盘叶片出现微小裂纹后，可对其进行激光冲击处理再制造，疲劳强度仍满足设计要求。与单体叶片相比，整体叶盘的激光冲击处理需要考虑叶片之间的干涉和可达性问题，并需要开发快速涂层技术和在线质量监测技术[1]。自2003年起，美国***已经将激光冲击处理技术应用于航空发动机的整体叶盘。

2激光冲击处理焊接结构

焊接接头的力学性能和残余应力可能引起脆性断裂、疲劳断裂、应力腐蚀***以及降低结构的稳定性。美国NASAJohns***paceCenter的研究结果表明，经激光冲击处理后，铝合金搅拌摩擦焊的焊接接头的屈服强度、抗拉强度显著提高(2195铝合金搅拌摩擦焊接接头的屈服强度提高60%，抗拉强度提高11%)，且冲击区有晶粒细化现象。北京航空制造工程研究所将激光冲击处理应用于激光焊和电子束焊的焊接接头强化，显著地改善了原有的焊接应力分布，激光冲击处理技术有望成为解决高能束焊接接头疲劳性能分散性大的关键技术。

与喷丸强化相比，激光冲击处理应用焊接接头方面具有很大的优势。以铝合金为例，喷丸的冷作硬化程度为30%~40%，激光冲击处理的的冷作硬化程度为4%~9%[2]。由Bauschinger效应可知，在循环载荷下，激光冲击处理产生残余压应力更加稳定。另外，激光冲击处理可产生与焊接接头非常接近的表面质量，有利于疲劳性能。

3激光冲击成形机翼壁板

对薄壁结构进行单面激光冲击处理时，薄壁结构会向未强化面一侧弯曲变形，两个面均为压应力状态，控制冲击参数即可成形薄壁结构，这种技术称为“激光冲击成形”。

机翼整体壁板结构较大，型面复杂，而且壁板内部存在加强筋，因此机翼壁板成形已经成为我国飞机制造的重大难题。ARJ21机翼整体壁板采用喷丸成形，但与喷丸成形技术相比，激光冲击成形的成形曲率更大（见图3），产生的残余压应力更深，更容易控制成形参数。

2008年，波音747-8客机的机翼壁板采用了激光冲击成形技术，波音公司从MIC公司购置了激光冲击成形设备，该设备采用双光路传输，地下传输光路长达45m[3]。随着激光冲击成形技术的发展，该技术必将得到大面积应用。

4孔结构强化

紧固孔是飞机上典型的应力集中结构，易在疲劳载荷下产生裂纹，尤其是尺寸较小(φ6mm以下)的孔结构或盲孔用喷丸和冷挤压工艺的强化效果不理想或难以实现。激光冲击处理作为新兴的表面强化技术，对小尺寸孔、异形孔、盲孔等强化具有很大优势。将激光束聚焦成环形光斑,冲击处理小孔周围区域，在强化表层及次表层产生残余压应力[3]。通过对激光光斑能量和形状的调节以满足不同的强化效果，如图5所示，由内而外的3个环形光斑的强化方式获得的残余压应力分布更深更广，疲劳结果更好。另外，北京航空制造工程研究所的***新研究成果表明，对7050铝合金而言，对其表面***行激光冲击处理，再进行钻孔，同样可以大幅度提高孔的疲劳性能。激光冲击处理对小孔结构性强化的另一个较大优势就是可以满足现场强化，可达性好。

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