激光冲击

摘要： 利用激光冲击强化工艺(Laser Shock Processing,LSP)对TC17钛合金板材进行单次冲击强化。TC17钛合金经激光冲击后得到了表层晶粒显著细化的梯度显微组织,最表面细化晶粒尺寸达到亚微米级(389 nm)。透射电子显微镜(TEM)照片显示微观组织细化机制为位错墙细分原始粗晶为位错胞亚结构,并最终转变为亚微米级等轴晶粒。晶粒细化造成的晶界强化效应以及变形组织内部高密度位错引起的位错强化效应是激光冲击后TC17钛合金表层硬度提高的原因。

摘要： 对316不锈钢进行激光冲击处理,研究LSP后试样表面的力学性能,包括显微硬度、表面粗糙度和残余应力,同时进行滚动接触疲劳试验,比较了LSP前后试样接触疲劳的S-N曲线.结果表明:LSP能显著提高表面显微硬度,当激光单脉冲能量为6 J时,显微硬度增大20%;激光冲击影响层深度随着激光能量的增大而增大,激光能量为6 J时影响层深度约为0.9 mm;随着激光能量的增大,表面粗糙度呈上升趋势,从0.41μm增大到1.91μm;LSP在316不锈钢表面产生高达280 MPa的残余压应力幅值.滚动接触疲劳试验表明:LSP能有效改善316不锈钢的接触疲劳性能,未冲击的试样在接触应力为848 MPa和708 MPa时,疲劳寿命约为4.72×10^(4)次和1.08×10^(5)次,激光冲击后,在相同应力条件下试样的疲劳寿命分别提高了2.1%和15.0%.

摘要： 镁合金作为21世纪的绿色金属材料,广泛应用于交通运输、航空航天等领域,但其绝对强度较低。为解决此问题,采用激光冲击方法对AZ31镁合金矩形试样表面分别开展单面冲击和双面冲击试验,通过调整激光能量得到了具有不同梯度层体积分数的镁合金试样,再进行单轴拉伸加载试验。在Johnson-Cook模型基础上,提出一种塑性应力-应变自然对数二次多项式拟合的方法对单轴拉伸试验数据进行应力-应变响应分析,并对不同梯度层体积分数的AZ31镁合金进行预测。研究结果表明:激光冲击后镁合金表面生成晶粒梯度结构层,可有效提高AZ31镁合金的屈服强度和抗拉强度,且双面冲击强化效果优于单面冲击;改进后的模拟数据与试验数据基本吻合,成功地再现了梯度结构镁合金应变硬化增强效应;最后,拟合得出含梯度层体积分数的改进模型参数表达式,其预测结果验证了模型的合理性。

摘要： 在激光冲击载荷作用下,薄板变形速度快,诱导产生的应力波的传播过程较为复杂.传统的测量工具难以对薄板变形过程中的动态响应进行有效的测量.本文采用理论与实验相结合的方法,构建了薄板在激光冲击下二维轴对称平面模型,建立其拉格朗日运动方程,利用有限差分法求其显式解,分析薄板在激光冲击载荷作用下薄板的变形过程和应力波的传播过程,并研究不同工艺参数对薄板动态响应特性的影响.结果表明,薄板变形初期的速度为振荡式增加,在快速的拉胀式变形过程中会出现明显的回弹现象,在光斑边界处产生向内和向外传播的应力波,载荷的压力-空间分布以及边界约束条件也对薄板的动态响应结果有显著的影响.激光冲击实验得到的结果与数值结果和预测结果基本吻合.研究方法与所得结论可为薄板激光冲击成形过程中的参数优化提供参考.

摘要： 针对聚焦型太阳能热发电换热管材料在熔融铝硅环境中易发生腐蚀疲劳失效的问题,采用粉末包埋渗铝和激光冲击对AISI 321不锈钢进行表面改性,研究其熔融铝硅环境下腐蚀疲劳性能。结果表明,渗铝钢表面形成以FeAl金属间化合物为主的渗层,尽管能够有效地隔离基体和腐蚀介质,但是作为疲劳裂纹的形核源,会导致腐蚀疲劳寿命降低40%;经不同功率密度的激光冲击强化处理后,渗铝钢表面硬度显著提高,延缓了疲劳裂纹萌生,提升了耐蚀性,降低了腐蚀损伤的影响,疲劳损伤占据主导地位,使得渗铝钢腐蚀疲劳寿命提高100%~200%。

摘要： 对提升钛合金零件的疲劳强度,已有相关技术的试验研究,但缺乏对技术的系统介绍,阻碍了该技术的产业化应用。通过整理大量试验数据及其结果,就激光冲击强化对钛合金零件的疲劳特性的影响展开分析。简要介绍激光冲击强化技术的发展状况,分别从表面形貌、残余应力、微观组织、硬度、表面粗糙度等方面进行分析总结。结果发现,当激光脉冲能量为7 J时,材料塑性变形量最大;当激光功率密度为3 GW/cm^(2),材料表面残余压应力值最高;当冲击次数达到5次以上时,材料表层的位错密度不断增大;当在工件表面覆盖一层高强度的光滑金属接触膜时,材料表面粗糙度将降低。综合数据可知激光功率密度及冲击次数对钛合金疲劳寿命的影响最大。整理了大量试验数据,可为得到最佳的激光冲击强化效果及提升疲劳寿命提供理论参考。

摘要： 电弧熔丝增材制造是一种适用于大型金属构件快速成形的技术,具有设备成本低、材料利用率高、沉积效率高、自动化水平高和灵活方便等优点,也存在组织性能不良等缺陷。塑性变形是一种改善电弧熔丝增材制造气孔缺陷、组织性能不均匀和残余应力分布的有效方法。由电弧熔丝增材与局部塑性变形结合的复合制造工艺利于实现零件的“控性”,但其复杂的路径规划、复合工具头、振动和压力等增加了形状精度控制难度。总结了层间冷轧、在线热轧、机械冲击、超声冲击、激光冲击等局部塑性变形工艺对电弧熔丝增材制造试件微观组织、残余应力、各向异性和表面质量的影响,分析了复合制造工艺的困境和问题。结合塑性变形对焊接组织的强化规律和电弧增材在线控制,从电弧熔丝增材及局部塑性变形复合制造的“形性双控”的角度展望了未来发展趋势,为电弧增材制备复杂件提供参考。

摘要： 目的揭示激光冲击铝合金的微结构演化过程及塑性变形机制,探究残余应力产生的机理,为激光冲击提升铝合金力学性能提供理论参考。方法基于分子动力学模拟,采用活塞冲击法实现多晶铝合金(Al-Mg-Zn-Cu)在不同加载速度下的冲击强化。利用共邻分析法和位错提取法,研究铝合金的微结构演化过程、位错分布以及激光冲击影响铝合金力学性能的内在机理。结果在冲击波加载阶段,当高速冲击波作用时,铝合金出现大量滑移系,产生高密度位错。在保载阶段,位错集中在晶界附近,导致多晶铝合金发生晶界塑性变形。在卸载阶段,不同类型位错之间进行了相互转化。铝合金两端晶粒和晶界的塑性变形,导致了残余压应力的产生。对完全卸载后的铝合金进行单轴拉伸模拟,发现0.7 km/s和1.0 km/s的冲击速度下,残余压应力抵消了部分拉伸应力,变形晶界附近产生新的位错,且晶界发生迁移和合并,导致极限应力分别提升15%和22%。结论激光冲击对Al-Mg-Zn-Cu铝合金的微结构及力学性能影响显著,在高速冲击波作用下,铝合金两端发生剧烈的塑性变形,导致残余压应力的产生。单轴拉伸时,残余压应力抵消了部分拉伸应力,且铝合金晶粒内发生原子变形产生新的位错,同时晶界发生运动,最终使得极限应力增大,铝合金的力学性能得到提升。

摘要： 采用激光烧蚀氧化石墨烯薄膜,可实现其微尺度图案化加工,以应用于微纳米电子器件。但激光冲击下氧化石墨烯薄膜的结构及力、电性能变化直接影响了器件稳定性和可靠性。为研究超高应变率加载对氧化石墨烯薄膜的结构及性能的影响,采用不同功率激光冲击氧化石墨烯薄膜,通过对其表面形貌、化学成分表征揭示薄膜结构的改变机理,通过对薄膜冲击前后的硬度、弹性模量、导电率测试探索合理的激光加工参数。结果表明:在1.14 W功率的二氧化碳激光冲击下,可实现加工区氧化石墨烯薄膜的还原且不造成薄膜烧蚀断裂,其电导率可达到1.727×10^(3)S/m,弹性模量为49.97 GPa,硬度为5.71 GPa。

摘要： 基于ANSYS/LS-DYNA仿真平台,通过二元光学衍射及调整激光冲击时的各种参数值,探究激光冲击7050铝合金表面时方形光斑诱导残余应力的规律。结果表明,与圆形光斑相比,采用方形光斑可有效改善冲击表面中心残余应力缺失问题,但整体残余应力值偏小;在一定范围内方形光斑冲击7050铝合金表面产生的残余应力值与激光功率密度和脉宽呈正相关趋势,且残余应力洞现象明显;33%,50%,66%激光冲击搭接率下材料表面残余应力表现出良好的均匀性,但最大残余压应力和中心位置残余压应力之间的差值变化不大,这说明二元光学衍射光斑在冲击7050铝合金时无需搭接处理。

摘要： 当前微型化产品巨大的市场需求促使研究者开发新技术新工艺以快速高效制备微型零件.激光冲击微成形是一种新型微塑性成形工艺,强脉冲激光冲击诱导的等离子体冲击波压力被用以使金属箔材发生塑性变形,兼有高应变率塑性成形和激光冲击强化工艺的技术优势.本项目以激光冲击微成形中微胀形和微冲孔作为代表性工艺,探索在激光冲击诱致高应变率塑性变形和动态断裂过程中,晶粒尺度效应、特征尺度效应和工艺条件尺度效应对激光冲击微成形的影响机制.此外,对块体非晶激光冲击强化中的尺度效应、金属箔材激光冲击微冲孔中的反冲塞效应等也开展了相应研究工作.

摘要： 界面结合性能是影响膜-基系统质量的首要指标和发挥其性能的基本条件,是膜层制备过程中极为关注的问题,由于加载方式、膜基应力及应力匹配特性、测试方法等,使得其在理论分析和检测技术上都存在亟待解决的问题,即同一方法所测数据不稳定,不同方法所测数值相差几个数量级.本项目旨在形成新的界面动态本征结合强度激光冲击离散划痕检测与界面应力匹配特性及结合强度调控理论与技术。建立了激光冲击铝合金试样的有限元分析模型，通过理论分析、数值模拟和实验验证得到激光冲击波加载合金试样表面动态应变模型和动静态响应，为激光冲击划痕机理研究奠定了基础。构建膜-基系统，开展了基于激光冲击划痕技术的动态本征结合强度数值模拟、理论分析和实验研究，探讨了激光冲击应力波对涂层结合强度的影响，进一步探讨了激光冲击波作用下的界面动态失效机理。开展了复杂情况下的界面应力匹配特性及其与膜-基材料物性参数、膜层制备工艺参数的定量关系理论研究、数值分析和实验研究，建立膜-基系统激光冲击波加载模型，形成基于激光冲击波技术的膜-基界面结合强度和应力匹配特性定量调节与控制基础理论。

摘要： 激光冲击微胀形是利用脉冲激光作用于材料时引起的等离体爆轰波冲击作用,使超薄板材发生胀形塑性变形而获得几何形状的一种高应变率微成形技术,具有可控性好、高效高精度等优点.微胀形件的几何轮廓特征及变形区板厚分布对零件的成形质量和使用性能具有重要影响.针对紫铜箔材激光冲击微胀形工件变形特性开展实验研究,得到了微胀形件几何轮廓特征及变形区板厚分布规律.实验结果表明:随激光能量增强和冲击次数增多,微胀形件变形程度增大;试件胀形变形量对凹模孔径尺寸具有敏感性,当凹模孔径与光斑直径比值为1时变形程度最大.微胀形件板厚最薄处位于凹模入口部位,该位置与穹顶中心处为破裂易发生区域.

摘要： 激光冲击是一种用于研究材料动态力学行为的高效加载手段.本文研究了激光冲击作用下不同靶体厚度对其动态力学行为的影响,使用了新近发展起来的高时间分辨率的速度测量装置PDV来测量靶体在激光冲击作用下自由面的速度,并且利用了光学显微镜来观察靶体在激光冲击之后的形貌结构.实验结果表明靶体厚度对材料在激光冲击作用下的动态力学行为具有十分显著的影响.不同厚度的靶体在激光冲击作用下的动态力学行为包括动态穿孔、层裂和激光冲击强化.

摘要： 对不锈钢材料1Cr11Ni2W2MoV进行了激光冲击强化和喷丸强化后表面粗糙度和残余应力测试分析,与喷丸相比,激光冲击强化对试件表面形貌和表面粗糙度的影响更小,产生的残余压应力更大.对光滑试件和两种强化后试件的振动疲劳对比试验表明,激光冲击强化能显著提高不锈钢材料振动疲劳寿命,是喷丸的2倍以上.

摘要： 激光冲击加工工艺过程的数值模拟因其工艺过程复杂,计算成本高,故难以获得准确的冲击效应预测。采用多输出高斯过程响应面建模方法,对激光冲击表明变形坑的几何特征进行高斯过程响应面建模。研究结果表明,采用高斯过程响应面方法,可实现激光冲击加工模型的待定参数的校准,并且能够实现模型不确定性量化,有效提升了激光冲击加工模型的计算可靠性和计算效率,为工艺过程优化提供了有效的手段。

摘要： 本文以ANSYS／LS-DYNA为平台，建立了激光冲击强化Fe-Ni合金的有限元分析模型，阐述了激光冲击强化数值模拟的有限元理论基础，讨论了建模过程中的几个关键问题，分析了模拟得到的冲击波的传播和残余应力场的分布情况，对激光冲击参数对残余应力场的影响进行了数值模拟研究.

摘要： 采用SEM、TEM研究了原始组织为层片状珠光体的共析钢激光冲击处理后的组织特性。结果表明：单道次激光冲击即可实现共析钢表层铁素体晶粒超细化,等轴铁素体晶粒尺寸约为0.8μm；激光冲击产生的冲击波诱发材料表层产生高应变速率的塑性变形，渗碳体层片具有较好的塑性变形能力，冲击波中心区域渗碳体层片球化完全，渗碳体颗粒粒径约为50nm，而冲击波边缘区域渗碳体层片主要发生弯曲、扭折和断裂。

摘要： 使用激光冲击手段对LY12 铝合金进行了冲击试验，通过扫描电子显微技术和透射电子显微技术，对材料的微观形貌进行分析。结果表明：激光冲击会使LY12 铝合金位错密度大幅度增加，并在晶界处出现位错塞积，随激光能量密度的提高，材料内形成亚晶结构，并最终产生超细晶，在冲击区域表层出现晶粒细化层，扫描电镜分析结果显示，晶粒细化层厚度在100μm 左右。硬度测试结果也表明，激光冲击后，材料表面硬度有较大幅度增长，增加幅度达到60%。分析认为，激光冲击形成的超细晶组织可以提高材料的表面硬度，从而有效地改善铝合金的综合机械性能。

摘要： 项目以提高重大发电装备的可靠性为目标,重点研究高温腐蚀环境下叶片材料的疲劳断裂特性和表面性能提升技术与方法.研究内容总体划分为两个方面,一方面从结构的损伤与断裂理论出发,致力于多尺度裂纹扩展机制、腐蚀环境与机械载荷的耦合行为及寿命预测等共性基础问题的研究,另一方面致力于发展先进复合涂层和表面塑形等表面制造技术与方法.这些研究可望为大型汽轮机关键部件的寿命设计方法和制造水平提升提供科学支持.

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： 本发明提供了一种以激光冲击功形成注入力实现连续激光冲击熔注微细颗粒的方法，其特征是采用连续激光束透过约束层扫描预置在待改性材料表面的由具有诱发激光冲击波效应的粘结剂和待熔注微细颗粒混合组成的复合预置层，通过合理匹配粘结剂、待改性材料和待熔注微细颗粒的熔点和沸点等参数，实现了在连续激光作用诱导下粘结剂气化形成激光冲击波将待熔注微细颗粒注入待改性材料表面熔池中，从而原位形成微细颗粒增强的复合材料层。采用本发明方法在待改性材料表面所获得复合材料层中微细颗粒与待改性材料实现了冶金结合，打破了现有技术难以熔注微细颗粒的技术壁垒；同时，其注入深度较深、组织细小、增强颗粒分布均匀且不受待改性材料塑性限制。

摘要： 一种适用于深冷激光冲击技术的高透光率的深冷激光冲击头及激光冲击系统，通过隔温陶瓷/塑料以及真空隔温方法，在避免空气中的水份因低温吸附在高透玻璃上的同时，解决了液氮汽化物质难以透光的问题，保证了深冷激光冲击过程中的光束质量。其特征是它包括上端盖，主体，下端盖，高透玻璃，隔热陶瓷/塑料等核心部件，保证深冷激光冲击过程中的光束可顺利到达试样表面并有效提高了激光透光率，本发明具有且结构简单，易于实现的优点。

摘要： 本发明公开了一种板材激光冲击铆接模具、铆接系统和激光冲击铆接方法，包括上模和下模，所述上模为凸模，上模的下表面构成对板材的下压面，且上模的材质为透明的；所述上模的下表面或/和下端侧面覆盖有能量吸收层，或在板材待铆接区域的上表面涂覆能量吸收层，能量吸收层中的物质在激光照射时，电离形成等离子体；所述下模为凹模，凹模上设置有凹槽，凹槽的内部宽度大于上端开口处的宽度，且所述凹槽由相对设置的两部分组装而成；所述上模的下压面的宽度小于所述凹槽的上端开口处宽度。具有铆接深度大、铆扣的互锁嵌入量大、板材表面不需特殊处理、非常适宜于多脉冲激光冲击铆接等优势。

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： 本发明公开了一种用于不同复合材料界面结合力的激光冲击波检测装置及其最优激光冲击距离计算方法。该激光冲击波检测装置可在保持激光冲击强度恒定的情况下，通过调节激光发射探头与被检工件之间的距离，实现利用同一个激光发射探头对不同材料的界面结合力检测。并且，该激光冲击波检测装置操作简单，在使用过程中只需要根据计算出的最优激光冲击距离利用距离调节装置调节激光发射装置的激光发射探头与材料的提离距离即可，与现有检测方式相比，可显著提高激光冲击波检测效率。

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： 本发明提供了一种以激光冲击功形成注入力实现连续激光冲击熔注微细颗粒的方法，其特征是采用连续激光束透过约束层扫描预置在待改性材料表面的由具有诱发激光冲击波效应的粘结剂和待熔注微细颗粒混合组成的复合预置层，通过合理匹配粘结剂、待改性材料和待熔注微细颗粒的熔点和沸点等参数，实现了在连续激光作用诱导下粘结剂气化形成激光冲击波将待熔注微细颗粒注入待改性材料表面熔池中，从而原位形成微细颗粒增强的复合材料层。采用本发明方法在待改性材料表面所获得复合材料层中微细颗粒与待改性材料实现了冶金结合，打破了现有技术难以熔注微细颗粒的技术壁垒；同时，其注入深度较深、组织细小、增强颗粒分布均匀且不受待改性材料塑性限制。

摘要： 本发明公开了一种板材激光冲击铆接模具、铆接系统和激光冲击铆接方法，包括上模和下模，所述上模为凸模，上模的下表面构成对板材的下压面，且上模的材质为透明的；所述上模的下表面或/和下端侧面覆盖有能量吸收层，或在板材待铆接区域的上表面涂覆能量吸收层，能量吸收层中的物质在激光照射时，电离形成等离子体；所述下模为凹模，凹模上设置有凹槽，凹槽的内部宽度大于上端开口处的宽度，且所述凹槽由相对设置的两部分组装而成；所述上模的下压面的宽度小于所述凹槽的上端开口处宽度。具有铆接深度大、铆扣的互锁嵌入量大、板材表面不需特殊处理、非常适宜于多脉冲激光冲击铆接等优势。

摘要： 本发明公开一种激光冲击泵，该激光冲击泵外接脉冲激光器，脉冲激光器产生的脉冲激光通过传导光路进入激光冲击泵，激光冲击泵将激光能量转换为等离子体冲击波，等离子体冲击波作为推动力推动样品液体流入微流控芯片的进样微流道，本发明还公开相应的激光冲击进样系统和微流控芯片，本发明依靠激光作为进样原始动力，设备结构简单，性能可靠。