• 激光沖擊強化實驗介紹

    一、激光沖擊強化服務介紹

    LSP的原理如圖1所示。當高功率密度(GW/cm2量級)、短脈沖(10~30ns量級)的激光通過透明約束層作用于金屬表面所涂覆的能量吸收涂層時,涂層吸收激光能量迅速氣化并幾乎同時形成大量稠密的高溫(>104K)、高壓(>1GPa)等離子體。該等離子體繼續吸收激光能量急劇升溫膨脹,然后爆炸形成高強度沖擊波作用于金屬表面。當沖擊波的峰值壓力超過材料的動態屈服強度時,材料發生塑性變形并在表層產生平行于材料表面的拉應力。激光作用結束后,由于沖擊區域周圍材料的反作用,其力學效應表現為材料表面獲得較高的殘余壓應力。殘余壓應力會降低交變載荷中的拉應力水平,使平均應力水平下降,從而提高疲勞裂紋萌生壽命。同時殘余壓應力的存在,可引起裂紋的閉合效應,從而有效降低疲勞裂紋擴展的驅動力,延長疲勞裂紋擴展壽命。

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    圖1 激光沖擊強化原理

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    圖2 激光沖擊強化合金鋼材料

    涂層的作用主要是保護工件不被激光灼傷并增強對激光能量的吸收,目前常用的涂層材料有黑漆和鋁箔等。約束層除了能約束等離子體的膨脹從而提高沖擊波的峰值壓力外,還能通過對沖擊波的反射延長其作用時間,目前最常用的約束層為流水。


    二、應用范圍

    LSP技術能提高工業中常用鋼及合金材料的疲勞壽命,因此LSP技術在航空航天、汽車工業、石油化工、核工業、海洋船舶、醫療工業等領域具有巨大的應用前景,甚至在某些場合具有不可替代的作用,潛在數百億至數千億的經濟市場。

    1)航空航天業

    對具有裂紋已經報廢的航空發動機葉片進行激光沖擊后其性能指標超過新葉片;對整體葉盤進行激光沖擊表面強化后可大幅度增強其耐久性,防止表面出現裂紋,從而提高使用壽命和降低維護修理成本;在飛機設計制造中也具有重要的作用,可以大幅度提高關鍵零部件的抗疲勞性能、改善結構件表面抗腐蝕能力、提高全壽命周期中的可靠性,尤其是對于小孔的強化,具有不可替代的作用。

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    2)汽車制造業

    LSP技術可以使汽車制造商使用更少的材料來達到更高的強度,從而降低制造成本并減輕車身重量,進而降低耗油量,對節約能源和環境保護意義重大。

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    3)醫療衛生業

    例如對人造膝關節進行沖擊強化后,使用壽命可以從以前的2~3年提高到10年,可減少手術次數,減輕病人痛苦。

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    4)核工業

    由于核廢料的特殊性,需要將其密封后深埋,這就要求核廢料罐能達到上萬年的設計使用要求,而其上的焊縫是易發生腐蝕破壞的薄弱區。LSP技術步進能用于核廢料儲存容器焊縫的處理,而且還可用于改善核反應器的安全性與可靠性,延長反應器零件的工作時間,從而使沸水反應器和壓力水反應器具有更長的服役時間和更低的運行成本。

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    5)船舶制造業

    船舶在海水的長期作用下,極易發生腐蝕,尤其是管板焊接件、船體焊縫等,LSP技術將大大改善其使用壽命。

    6)石油化工

    石油和天然氣的輸送管道焊接區是易受腐蝕的薄弱區,一旦發生腐蝕泄露破壞,不但造成能源的巨大浪費,而且污染環境,破壞生態。激光沖擊十分有效地提高管道的抗應力腐蝕疲勞壽命,能夠帶來很大的經濟效益。


    三、實驗裝備

    激光噴丸一般以激光器脈沖能量來評估能量,現有實驗裝備2J、5J、10J、20J,滿足從小功率到大功率的實驗需求。

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    四、服務規則

    1)實驗預約:需提前一個月預約實驗服務;

    2)寄送地點:江蘇省南京市六合區⻰池街道新集東路1198號C座;

    3)實驗周期:約10天(特殊情況除外);

    4)實驗報告獲?。簩嶒灪蟮?天,以郵件形式發送。


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