圖1生化危機雷射通道
生化危機大家都看過吧，小編現在仍然記得那個恐怖的鏡頭，幾個人通過了一個雷射通道，然後……咦咦咦o(╯□╰)o當然那是科幻電影裡的，在現實中雷射就有很神奇的功用，俊酷程度甚至超過電影特效。
圖2雷射概念圖
今天，小編帶大家了解一個神奇的加工技術——雷射衝擊強化！（聽起來就很高大上啊有木有！）這麼高大上的技術有什麼來歷呢，它又具有哪十八般武藝，在航空領域又如何應用呢，下面我們一起走進這個神奇的世界。
雷射是上世紀可以發展的重大發現之一，而將雷射應用於工業生產也僅僅只有半個多世紀的時間。相比於那些傳統的加工方式，比如噴丸強化、滾壓等手段，雷射衝擊強化還是很年輕呢。
圖3雷射
早在上世紀60年代，當時科學家發現，雷射可以產生衝擊波，並且隨衝擊波持續作用，可以在金屬表層產生壓應力，其值遠遠高於材料屈服強度。
上世紀70年代，美國科學家研究了雷射衝擊後材料表層的微觀結構變化和位錯，發現雷射可以提高鋁合金抗疲勞性能和抗應力腐蝕性能。之後美國學者又提出了可以用雷射強化代替傳統的噴丸強化。
上世紀九十年代，科學家利用數值模擬的方法來對雷射衝擊強化進行分析, 並用試驗方法驗證了模擬的有效性。
首先來一段科學的定義：雷射衝擊強化（簡稱LSP）技術, 是利用高功率密度（大於1GW/cm2）的短脈衝（n級）雷射，輻照金屬材料表面所產生的高密度等離子體噴射爆炸所形成的衝擊應力波（GPa級）來改善材料的抗疲勞、磨損和應力腐蝕等性能的一項新技術。
其實，通俗來說，雷射衝擊強化並沒有這麼複雜，下面聽小編慢慢講。
首先看一幅圖，你就能懂大致的原理了。
圖4雷射衝擊強化原理
雷射衝擊強化類似於彈丸噴丸，只是把彈丸換作雷射脈衝，前幾期我們曾經介紹過噴丸強化。舉一個最簡單的例子吧來說明原理吧，小編小時候生活在農村，見過鐵匠打鐵。俗話說千錘百鍊，這種方式能夠讓金屬產生塑性變形，而形成一定厚度的強化層，強化層內形成較高的殘餘應力，提高金屬的疲勞強度。
而現在的雷射衝擊強化，就是用雷射衝擊波把上面的錘子換下來。但是雷射衝擊強化有其獨特的優勢，表現之一就是，金屬經過雷射衝擊強化後，大小約為材料屈服強度（70～80）％的殘餘壓應力可以深入材料表層（1～2）mm。這種效果產生的耐疲勞強度和壽命遠遠高於機械噴丸和深滾壓技術。
首先來看一個雷射衝擊強化的模擬過程。
圖5雷射衝擊成形工藝過程
經過三次衝擊，一個微觀表面合理的零件成型了。但是真正實現這項工藝，涉及到物理、力學、材料學等多個學科，這項技術至今仍在研究當中。不同的理論模型和不同的工況條件就會有不同的工藝要求。下面就幾個比較常用的參數進行介紹。
科研人員提出衝擊波峰值壓力與雷射功率密度之間的關係：
其中
式中：A—常量；Z1，Z2—材料和約束層的衝擊波阻抗；I—雷射功能功率密度。
從式中看出，在材料和約束層一定的情況下，雷射功率密度越大，衝擊波的峰值壓力越大。
當峰值壓力超過Hugoniot彈性極限時，材料表層即發生塑性應變，從而引起材料表層的殘餘壓應力。因此可以通過計算峰值壓力與雷射功率密度的關係，來估算不同材料所使用的雷射能量。
雷射衝擊強化過程中壓力並不是常值，而會隨時發生變化。
雷射脈寬的大小對金屬材料的衝擊強化效果至關重要。雷射衝擊強化後的塑性變形層深度、表面殘餘壓應力均與雷射脈寬有關，採用較大的雷射脈衝寬度可獲得較好的強化效果。
優勢之一：粗糙度高
與傳統的機械處理方法相比，雷射衝擊強化後粗糙度遠遠低於機械噴丸；
優勢之二：磨損疲勞強度提高
鋁合金緊固件的磨損疲勞強度可以提高兩倍；
優勢之三：位錯結構穩定
雷射衝擊強化後，板料產生密集、均勻以及穩定的位錯結構，位錯密度增高，使材料屈服強度提高，並阻礙了位錯的運動，增大了裂紋產生的阻力。
圖7雷射衝擊強化前後顯微組織
總而言之，雷射衝擊強化後，材料的微觀組織得到改善，耐腐蝕性能和疲勞強度提高，有效地改善了材料的綜合機械性能。
雷射衝擊強化在航空工業中有很重要的應用，目前，這項技術已被應用於航空發動機渦輪風扇葉片、高壓壓氣機整體葉盤等重要部件的表面處理，也被廣泛應用於飛機其他關鍵部件的維修等方面。
圖8 重要零部件雷射衝擊強化
圖9 重要零部件雷射衝擊強化
圖10 正在進行衝擊強化的渦輪
圖11 飛機發動機重要部件
現如今，雷射衝擊強化除了在航空航天上有較好的運用，還在核廢料處理、汽車、醫療、船舶等產業上發揮巨大的作用。
目前研發雷射衝擊強化設備的機構有很多，除了企業之外，國有大型研究所也有開發，在國內，最為著名的研發機構是中國科學院瀋陽自動化研究所雷射衝擊強化實驗室，雷射衝擊強化實驗室為瀋陽自動化所開展雷射衝擊強化實驗研究提供了保障，同時具備了對外提供加工服務的能力。
圖12 該所產品——雷射衝擊強化設備
該實驗室不僅可以提供Custom-build的雷射衝擊強化設備，還可以提供來件加工生產服務。
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