激光冲击强化是一种新型的表面防护技术,该技术利用冲击波的力作用,使材料产生冷塑性变形,形成残余应力场,同时细化材料表面晶粒,改善材料机械性能,提高材料疲劳寿命、硬度、耐磨性等。相较于传统的表面防护方式,激光冲击强化工艺具有对材料表面质量影响小、残余应力影响层深度大、无热影响等优点。因其是利用多个激光冲击斑点覆盖整个强化区域,在形式上与单点可控喷丸相似,因此激光冲击强化又被成为激光喷丸。
诸如激光切割、激光焊接、激光熔覆、激光淬火等激光加工技术,是将激光直接作用到靶材,利用激光的加热效应使材料升温熔化或相变。与之不同的是,激光冲击强化是利用激光诱导产生的等立体冲击波作用在靶材表面,使用冲击波的力效应加工材料。因此,激光冲击强化对激光输出的峰值功率和激光特性要求很高,要在足够大光斑上获得非常均匀的能量分布。最早用于激光冲击强化研究的是调Q钕玻璃激光器,其运行效率低(不足1Hz),因此不适合用于工程生产。
目前激光冲击技术已经可以将激光脉冲能量提高至几焦耳至几十焦耳,运行效率达到了数HZ水平,迈特莱斯激光冲击强化设备脉冲能量10J,运行效率更是达到了20Hz的极高水平。
我们都已理解到激光冲击强化是利用多个激光冲击斑点覆盖整个强化区域完成强化加工,因此每个斑点的激光能量分布均匀性直接影响了最终的强化效果,进而影响零件的服役性能。迈特莱斯激光冲击采用了二极管泵浦纳秒脉冲激光,激光光束为平顶分布。上如为迈特莱斯激光冲击光斑能量分布图,可看出其光斑中心及边缘区域的能量保持了极高的平顶分布特性,平顶光束为结果的均一性提供了均匀的能量分布,在零件表面均匀且稳定的能量分布可获得均匀的残余应力分布,同时有效控制零件表面粗糙度。调整激光能量可获得不同的表面残余压应力、晶粒细化程度等。