激光噴丸工藝是一種創(chuàng)新的金屬表面硬化技術，與常規(guī)噴丸類似，激光噴丸工藝也是通過在金屬表面引入殘余壓應力而增強金屬零件的抗疲勞性能。

< 1 > 激光噴丸簡介
概括性地講，激光噴丸工藝是利用高能脈沖激光在零件表面產(chǎn)生沖擊波，沖擊波作用于金屬表面產(chǎn)生的機械“冷作”作用使表面金屬材料達到壓縮和塑性變形的效果；表面金屬材料塑性變形的結(jié)果是在零件表面造成殘余壓應力，而殘余壓應力增強了零件材料對表面相關破壞（如疲勞、腐蝕疲勞和應力腐蝕裂紋）的抵抗能力。激光噴丸還被稱為激光表面硬化或激光沖擊處理。

激光噴丸工藝最早的工業(yè)應用是在美國空軍B-1B轟炸機F101發(fā)動機的風扇葉片上，確定了激光噴丸是增加鈦合金風扇葉片耐用性和增強其抗外物損壞性能的最好的解決方案。激光噴丸工藝隨后還被應用于同樣受到外物吸入損害引起的疲勞失效問題困擾的F16戰(zhàn)斗機的F110渦輪發(fā)動機的葉片上。

2003年，美國開始在最新型的F/A-22戰(zhàn)斗機所用的普惠（P&WA)F119發(fā)動機的整體葉盤應用激光噴丸工藝，增強了F119發(fā)動機整體葉輪的高循環(huán)疲勞強度和抗破壞裕度。說明激光噴丸工藝已步入了相對成熟和應用推廣階段。

“九五”期間，國內(nèi)相關單位進行了TC4、GH30、1Cr18Ni9Ti、2024、1420等材料的激光噴丸工藝試驗，在鋁合金、不銹鋼等材料上取得了很好的試驗效果。激光噴丸強化TC4轉(zhuǎn)子葉片的試驗，采用雙光束雙面沖擊強化技術，單次沖擊處理后獲得明顯的沖擊坑，坑凹陷約為10mm，沖擊區(qū)的殘余壓應力為（-300?-400)MPa以上，表面無變形和層裂等缺陷。

近年來，國內(nèi)有望在強化鈦合金葉片和鋁合金鉚接結(jié)構(gòu)等方面取得突破，但需要高頻率、強脈沖激光設備和激光噴丸沖擊處理工藝的支持。

< 2 > 激光噴丸工藝原理
激光噴丸設備利用高能脈沖激光把高振幅沖擊波導入金屬表面。沖擊波產(chǎn)生的機械“冷作”作用達到材料被壓縮的效果。由于激光束對零件表面不產(chǎn)生加熱效應，因此在整個過程中金屬零件的表面是不會被加熱的。事實上，在激光噴丸過程中零件是處在“微鍛”狀態(tài)，高能脈沖激光是一點接一點地作用在臨界區(qū)域上的。

在進行激光噴丸工藝處理前，要在需處理的表面上敷設上一層不透明的涂敷層（典型的如黑漆或膠帶）和一層約束層（典型的如流動的水）。激光脈沖通過約束層并作用在不透明的涂敷層上，使其部分蒸發(fā)。蒸汽吸收剩余的激光并產(chǎn)生急劇膨脹的等離子流。膨脹的等離子流被限定在零件表面和約束層之間，并產(chǎn)生一個急速增大的高壓沖擊波傳入金屬內(nèi)。當沖擊波的波峰強度高于金屬的沖擊屈服強度時，金屬產(chǎn)生屈服，金屬的表面被“冷作”或發(fā)生塑性變形。

由沖擊波產(chǎn)生的塑性變形的結(jié)果是在零件表面造成殘余壓應力。殘余壓應力的深度和數(shù)值取決于材料和工藝參數(shù)。殘余壓應力的典型深度是表面下0.040in?0.100in(1.0mm?2.5mm)并能將零件的表面處理到接近材料的屈服強度。這一深度的殘余壓應力增強了材料對表面相關破壞，如疲勞、腐蝕疲勞和應力腐蝕裂紋的抵抗能力。

< 3 > 同傳統(tǒng)噴丸工藝相比的優(yōu)勢
與常規(guī)噴丸類似，激光噴丸工藝也是在零件的表面產(chǎn)生有益的殘余壓應力，導致金屬抗疲勞性的增強和破壞裕度的提高。但兩者金屬表面殘余壓應力的引入方法完全不同，所產(chǎn)生的最終零件的抗疲勞性能也不相同。

激光噴丸工藝產(chǎn)生的殘余壓應力會比用常規(guī)噴丸方法所產(chǎn)生的殘余壓應力深5倍或10倍。相應地，對金屬抗疲勞性的提升也遠高于常規(guī)噴丸所能達到的水平。
對于傳統(tǒng)的大區(qū)域表面硬化工藝方法（如：常規(guī)噴丸等）所不能有效提高抗疲勞性的一些零部件的特殊區(qū)域，激光噴丸可以做到并有效提高其抗疲勞性。由于不需要能量傳遞介質(zhì)一丸粒，激光噴丸工藝與環(huán)境更具親合性、更環(huán)保。因在激光噴丸過程中不產(chǎn)生粉塵等有害人體健康的微粒，對操作者的危害極小，與常規(guī)噴丸方法相比可大大改善操作者的工作環(huán)境。

< 4 > 應用領域
深度殘余壓應力，抑制裂紋的發(fā)生和蔓延，提高疲勞壽命，抵抗應力腐蝕裂紋 減產(chǎn)維修費用，增強性能