激光冲击强化技术新进展 沈阳自动化所新品落地

近日，由中国科学院沈阳自动化研究所研发的“SIA-LSP-11 型激光冲击强化设备”和“SIA-LSP-21 型激光冲击波加工装备”先后在客户现场开展了安装调试，实现了年内顺利交付两套设备目标。

所谓激光冲击强化技术又称激光喷丸技术，是利用强激光束产生的等离子冲击波，提高金属材料的抗疲劳、耐磨损和抗腐蚀能力的一种高新技术，具有非接触、无热影响区、可控性强以及强化效果显著等突出优点。激光喷丸工艺需要涂层和约束层，涂层的主要作用是保护工件不被激光灼伤并增强对激光能量的吸收；而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。目前常用的涂层材料有：油漆、胶带、金属箔等，常用的约束层为流水，K9玻璃。

在激光喷丸过程中，水膜（约束层）被放置在待处理材料的顶部，高强度的激光脉冲则对准放置在水膜后面的箔片（涂层）。激光束在撞击点产生一个高压等离子体，并将能量以爆炸的形式释放出来。爆炸波在撞击点对材料进行压缩，从而使其结构硬化。同样的过程也可以用来塑造单个组件。激光喷丸技术在材料方面的灵活性意味着它能适用于塑造更大的表面。该技术自上世纪90年代问世以来一直用于航空领域，近年来由于其在增加零件疲劳寿命方面对传统喷丸的优势已得到各行各业的证明与认可，汽车、制造业、工业等行业的客户也已将LSP纳入生产流程。

本次沈阳自动化研究所研发的SIA-LSP-11型激光冲击强化设备，是其自主开发的整体叶盘二代激光冲击强化设备，在前期开发经验基础上，对设备整体功能进行了优化设计，不仅强化了航空发动机整体叶盘，还强化了焊缝、榫头、榫槽等多种复杂曲面零件。SIA-LSP-21型激光冲击波科研平台具有双波长、多光束、多形光斑并行加工能力，拥有人机友好共融的开放式操作系统、协同控制软件、工艺数据库、历史查询软件、操作人员管理软件，并可二次开发与拓展，适于多种激光冲击强化工艺方法研究，可为我国激光冲击强化科学研究提供支持。

2018年，沈阳自动化所装备制造技术研究室激光冲击团队在基础研究与工艺开发方面也取得了多项成果，建立了激光冲击强化数学模型，可以精确预测激光冲击强化后的残余应力场；开展涡轮盘镍基高温合金温控激光冲击强化工艺与机理的研究，突破高温端激光冲击延寿技术瓶颈；在AID Advances、Opto-Electronic Advances、《稀有金属学报》、《中国激光》等期刊中发表相关研究成果10余篇。

沈阳自动化所装备制造技术研究室经过多年的技术积累与创新，在激光冲击强化技术实现持续引领行业的基础上，开展了强化机制、工艺与装备集成研究，具备产学研一体化技术攻关及工程实施的全套解决方案，助力高端装备发展。