本文探討了激光沖擊強(qiáng)化作為焊接后處理技術(shù)的研究進(jìn)展。

摘要

激光沖擊噴丸(LSP)是一種現(xiàn)代而高效的熱機(jī)械方法，用于工程和修改材料的表面和亞表面相關(guān)性能，是當(dāng)代噴丸領(lǐng)域研究人員經(jīng)常選擇的方法。這篇綜述文章的主要目的是強(qiáng)調(diào)LSP作為一種焊后處理方法，這可能有助于LSP的商業(yè)化，這一直被認(rèn)為是一個(gè)挑戰(zhàn)。與傳統(tǒng)的焊后處理方法相比，激光焊接和激光沖擊強(qiáng)化相結(jié)合是提高焊接質(zhì)量的一種替代方法。在此基礎(chǔ)上，回顧了近幾十年來(lái)有關(guān)焊接和噴丸強(qiáng)化的報(bào)告。討論了激光沖擊焊對(duì)不同焊接件的力學(xué)性能和顯微組織的顯著影響，以及激光沖擊焊的分類(lèi)和重要參數(shù)。我們得出結(jié)論，LSP確實(shí)可以作為一種有效的焊接后處理(PWT)方法用于工業(yè)制造過(guò)程。

1. 介紹

激光沖擊噴丸(laser shock peening, LSP)是一種利用高能激光束在金屬構(gòu)件表面及其附近施加有益的殘余壓應(yīng)力的表面工程和改性工藝。LSP引起的深度(mm量級(jí))和較大的殘余壓應(yīng)力(數(shù)百M(fèi)Pa)通過(guò)延遲裂紋的萌生和擴(kuò)展時(shí)間，增加了材料對(duì)表面相關(guān)失效(如疲勞和微動(dòng)疲勞)的抵抗能力。在接下來(lái)的章節(jié)中，我們將追溯一般表面修飾過(guò)程歷史中的關(guān)鍵事件，特別是導(dǎo)致LSP建立為主導(dǎo)過(guò)程的事件。

如果我們考慮古代不同時(shí)代的人類(lèi)文明，我們可以注意到他們?cè)谌粘Ｉ钪胁粩嗵岣卟牧腺|(zhì)量的努力。從盔甲到武器和工具，再到交通工具，一切都需要不斷改進(jìn)，以獲得更好的生命周期和好處。在這一追求中，不同的方法，如錘擊、軋制、拋光和噴丸被開(kāi)發(fā)出來(lái)，以改變相關(guān)的性能(機(jī)械、冶金和微觀結(jié)構(gòu))。在一些文獻(xiàn)中，這些方法也被強(qiáng)調(diào)為預(yù)加應(yīng)力材料的方法，因?yàn)樗鼈兺ㄟ^(guò)誘導(dǎo)殘余應(yīng)力使材料處于應(yīng)力狀態(tài)。殘余應(yīng)力有拉伸和壓縮兩種類(lèi)型。殘余拉應(yīng)力是有害的(因?yàn)樗梢约铀佟凹儭睓C(jī)械疲勞和腐蝕疲勞等失效機(jī)制的速率)，而殘余壓應(yīng)力是有益的(因?yàn)樗梢詼p緩失效機(jī)制)。

焊接殘余應(yīng)力的形成:(a)室溫;(b)加熱中棒;(c)返回室溫，中間桿未連接;(d)返回室溫，中間條接通。

當(dāng)焊接產(chǎn)生的殘余壓應(yīng)力超過(guò)零件的臨界屈曲強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)屈曲變形。焊接殘余應(yīng)力的形成通常采用三桿法。上圖顯示了三個(gè)等長(zhǎng)的桿在兩端相連。深色的是熱的，淺色的是冷的。符號(hào)S表示他們的重音狀態(tài)。中間鋼筋對(duì)應(yīng)于焊接區(qū)域，且被認(rèn)為比對(duì)應(yīng)于該部分其余部分的側(cè)鋼筋直徑更小。焊接前，圖a，所有焊條均為室溫，零應(yīng)力。當(dāng)中間桿被加熱時(shí)(圖b)，它會(huì)沿著邊桿膨脹并拉扯。中筋受壓，側(cè)筋受拉。如果溫度較高，如焊接時(shí)，材料的屈服強(qiáng)度下降，中間棒材因塑性永久變形。當(dāng)中間的條回到室溫時(shí)，它會(huì)收縮。如果桿件不連接，如圖c，在室溫下，由于塑性變形，桿件會(huì)比側(cè)桿件短。然而，由于它是連接的，圖d，它將側(cè)桿壓縮。中間的桿現(xiàn)在處于拉緊狀態(tài)。因此，焊接后預(yù)期焊接區(qū)域處于拉伸狀態(tài)，基材處于壓縮狀態(tài)。

在噴丸法被引入之前，表面改性領(lǐng)域主要采用錘擊、拋光和滾壓等方法。在20世紀(jì)20年代，噴丸(最初被稱(chēng)為拋丸)的概念被提出，同時(shí)尋找合適的方法來(lái)清潔鋼。這一時(shí)期的研究人員注意到，對(duì)氣門(mén)彈簧、連桿、轉(zhuǎn)向臂和轉(zhuǎn)向節(jié)、軸、齒輪和小齒輪進(jìn)行拋丸清理可以提高壽命和抗疲勞性能，并被應(yīng)用于汽車(chē)工業(yè)。

據(jù)報(bào)道，在第二次世界大戰(zhàn)期間，噴丸技術(shù)被應(yīng)用于裝甲和飛機(jī)工業(yè)，以提高用于制造武器和飛機(jī)的機(jī)械部件的強(qiáng)度和耐久性。到20世紀(jì)50年代，噴丸強(qiáng)化被認(rèn)為是公認(rèn)的冶金方法之一，也出現(xiàn)在應(yīng)用物理學(xué)的文獻(xiàn)中。噴丸法在金屬構(gòu)件表面及其附近產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力(CRS)的方法中占主導(dǎo)地位達(dá)60多年，具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。隨著噴丸強(qiáng)化相關(guān)的研究論文和專(zhuān)利的不斷涌現(xiàn)，研究的規(guī)模不斷擴(kuò)大。隨著20世紀(jì)60年代脈沖激光技術(shù)的發(fā)明，研究的方向也在不斷擴(kuò)大，尋求其在提高材料強(qiáng)度方面的應(yīng)用。

主要的突破發(fā)生在20世紀(jì)60年代末，當(dāng)時(shí)新墨西哥州阿爾伯克基桑迪亞實(shí)驗(yàn)室的Anderholm發(fā)現(xiàn)，通過(guò)將擴(kuò)張的等離子體限制在目標(biāo)表面，可以實(shí)現(xiàn)更高的等離子體壓力(由材料-激光相互作用發(fā)展而來(lái)，對(duì)創(chuàng)建CRS很有用)。隨后，Anderholm 和Boade通過(guò)放置對(duì)激光束透明的石英覆蓋層，牢牢地貼在目標(biāo)表面，來(lái)限制等離子體。他們限制等離子體的方法極大地增加了產(chǎn)生的壓力，壓力峰值為1到8?GPa，比無(wú)約束等離子體壓力大一個(gè)數(shù)量級(jí)。

20世紀(jì)70年代，來(lái)自BCL(Battelle Columbus Laboratories, USA)的研究人員研究了激光產(chǎn)生的應(yīng)力波在材料加工中的實(shí)際應(yīng)用及其對(duì)材料力學(xué)和微觀結(jié)構(gòu)方面的影響。同樣，F(xiàn)abbro等、Devaux、，法國(guó)LALP的Berthe、和Peyre等廣泛研究了具有不同工藝參數(shù)的受限幾何中激光產(chǎn)生等離子體的性質(zhì)，并為更深入理解LSP過(guò)程背后的基本物理貢獻(xiàn)了更多。從而使LSP過(guò)程成為現(xiàn)代冶金中一個(gè)新興的應(yīng)用研究領(lǐng)域。

不同等級(jí)的材料，如鋼，鋁，銅，鎂，超級(jí)合金和塊狀非晶合金在過(guò)去已經(jīng)成功噴丸和各種研究人員討論了其有益的影響。大多數(shù)研究人員對(duì)LSP過(guò)程與其他常規(guī)噴丸方法進(jìn)行了獨(dú)立和對(duì)比研究，如噴丸(SP)、超聲波沖擊噴丸(UIP)、油噴丸(OJP)和水噴丸(WJP) ，結(jié)果表明，與常規(guī)噴丸方法相比，LSP在誘導(dǎo)CRS層深度、表面粗糙度和可靠性方面均有顯著提高。在考慮噴丸過(guò)程時(shí)，最重要的因素是殘余應(yīng)力。噴丸試樣的其它力學(xué)性能和顯微組織性能在很大程度上取決于殘余應(yīng)力。這一事實(shí)有助于我們理解，在拉伸殘余應(yīng)力高且有害的情況下，LSP工藝可以更好地減少金屬構(gòu)件的表面相關(guān)失效。據(jù)我們所知，這種情況主要出現(xiàn)在焊件的焊接接頭處和焊件周?chē)?，這是由于焊接在加熱和冷卻循環(huán)過(guò)程中受限制的伸縮所致。不同的研究人員對(duì)焊接試樣進(jìn)行了噴丸強(qiáng)化，并對(duì)其對(duì)焊接的影響進(jìn)行了表征，并進(jìn)行了一些顯著的改進(jìn)。

如果仔細(xì)觀察LSP過(guò)程領(lǐng)域的研究趨勢(shì)，則只有學(xué)術(shù)研究占主導(dǎo)地位，其產(chǎn)業(yè)化仍是一個(gè)挑戰(zhàn)。因此，在這一領(lǐng)域中最重要的一步是開(kāi)始快速工業(yè)化，其中“焊接和噴丸聯(lián)合”的想法可能是一個(gè)有前途的想法。在焊接的背景下，即使是單個(gè)的汽車(chē)和飛機(jī)單元也至少有1000-2000個(gè)焊點(diǎn)，并且大多數(shù)焊點(diǎn)都位于非常關(guān)鍵的部位，起到非常關(guān)鍵的作用。在使用之前，如果能夠?qū)Π附訁^(qū)域的表面進(jìn)行激光沖擊處理，就更長(zhǎng)的和有前途的使用壽命而言，這將是更好的。同時(shí)，關(guān)于焊件激光沖擊強(qiáng)化的文獻(xiàn)非常缺乏，也沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的綜述文章專(zhuān)門(mén)介紹焊件的激光沖擊強(qiáng)化。不同的研究人員對(duì)焊接和噴丸]進(jìn)行了綜述，涵蓋了焊接和噴丸的大部分概念。因此，在這項(xiàng)工作中，我們的嘗試將主要集中在通過(guò)廣泛的回顧，包括焊接和LSP的各個(gè)方面，來(lái)填補(bǔ)激光沖擊強(qiáng)化這一有趣領(lǐng)域中出現(xiàn)的空白。

2. 激光焊接(LBW)及其相對(duì)于傳統(tǒng)焊接的優(yōu)點(diǎn)

焊接是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，具有非常難以理解的配置。焊接可定義為“先熔化后連接”;然而，在現(xiàn)實(shí)中，這是非常復(fù)雜的。即使熔化、連接和凝固都發(fā)生在很短的時(shí)間內(nèi)，焊接件也會(huì)經(jīng)歷各種機(jī)械、熱、冶金和顯微組織的變化。此外，焊時(shí)合金元素的蒸發(fā)和時(shí)效時(shí)間、焊后時(shí)效的類(lèi)型和條件也對(duì)焊件質(zhì)量起著重要的決定作用。焊接的影響可以改變焊件的性能，使其與母材之間存在著復(fù)雜的熱、力學(xué)和冶金現(xiàn)象的相互作用，從而導(dǎo)致焊縫質(zhì)量不理想。在焊接過(guò)程中，熱機(jī)械相互作用結(jié)合冶金歷史，導(dǎo)致母材區(qū)、熱影響區(qū)和熔合區(qū)組織分布不均勻。

與傳統(tǒng)焊接方法(GTA或GMA焊、TIG焊、FSW等)相比，激光焊接具有許多優(yōu)點(diǎn)，如熱影響區(qū)(HAZ)窄、焊縫區(qū)域細(xì)、靜態(tài)機(jī)械性能好、焊接速度快、成本低、與工件的非接觸相互作用以及焊件的對(duì)稱(chēng)焊接幾何形狀。

角焊縫宏觀切面表現(xiàn)為粗晶熱影響區(qū)(含氫裂紋)、暗腐蝕細(xì)晶熱影響區(qū)和輕腐蝕臨界區(qū)。

熱影響區(qū)可以劃分為幾個(gè)區(qū)域，如上圖所示。在熔化邊界本身的輕微成分變化，即在熔化的焊縫金屬和未熔化的母鋼之間的邊界，描述在焊縫金屬部分的末端。這通常會(huì)導(dǎo)致在一個(gè)晶粒直徑范圍內(nèi)的熱影響區(qū)(HAZ)在成分上比離邊界稍遠(yuǎn)的晶粒更細(xì)，更軟。然而，如果焊縫金屬的成分比母鋼豐富(如果使用不銹鋼填料，這是可能的)，則情況可能相反。在熔合邊界附近，熱影響區(qū)暫時(shí)被加熱到其熔化溫度，即大約1500°C。這種加熱使顯微組織轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體高溫形態(tài)，并使其晶粒尺寸粗化至100 μm或以上，而細(xì)晶粒鋼的晶粒尺寸為10-30 pm。在冷卻時(shí)，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體、貝氏體、鐵素體+珠光體，或這些成分的混合物，取決于冷卻速率

盡管激光焊接能夠生產(chǎn)出高質(zhì)量的焊件，但在飛機(jī)、航空航天和汽車(chē)工業(yè)中有時(shí)需要混合結(jié)構(gòu)，因此需要焊接不同的材料組合。這是一項(xiàng)非常困難的技術(shù)任務(wù)，因?yàn)槲锢硇阅艿闹匾黄ヅ?、相互溶解度的限制和金屬間相的形成，最終導(dǎo)致常見(jiàn)的缺陷，如熱裂、氣孔和熔合區(qū)軟化(弱化)。焊后熱處理(強(qiáng)化和消除焊件應(yīng)力的傳統(tǒng)方法)可以提高熔合區(qū)強(qiáng)度，但不能像母材那樣恢復(fù)，并且僅限于某些可熱處理材料。因此，在接下來(lái)的章節(jié)中，我們將討論LSP作為激光焊接后處理的一種替代方法。

3.LSP的流程概述、分類(lèi)及重要參數(shù)

目前已有文獻(xiàn)對(duì)激光沖擊強(qiáng)化工藝進(jìn)行了較為廣泛的綜述。因此，我們?cè)诒竟?jié)簡(jiǎn)要討論了流程概述，然后是LSP的分類(lèi)(這在迄今為止的任何其他評(píng)論中都沒(méi)有討論過(guò))和它的主要參數(shù)。

3．1. 激光沖擊強(qiáng)化工藝綜述

激光沖擊強(qiáng)化工藝示意圖如圖1所示。當(dāng)激光被觸發(fā)時(shí)，它通過(guò)透明覆蓋層(限制介質(zhì))到達(dá)被噴丸表面，被不透明層或犧牲層覆蓋。激光脈沖的持續(xù)傳輸使蒸發(fā)的物質(zhì)迅速加熱和電離，轉(zhuǎn)化為迅速膨脹的等離子體。同時(shí)，在約束介質(zhì)與目標(biāo)表面之間膨脹等離子體所施加的壓力以高振幅沖擊波的形式進(jìn)入目標(biāo)表面。當(dāng)沖擊波的振幅超過(guò)目標(biāo)的Hugoniot彈性極限(HEL)時(shí)，材料在沖擊波通過(guò)時(shí)發(fā)生塑性變形，并在目標(biāo)表面以下產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。殘余壓應(yīng)力的大小在表面或直接以下是最高的，并隨著深度的函數(shù)而變化。

圖1 LSP示意圖。

３．２．激光沖擊強(qiáng)化的分類(lèi)

從噴丸本身的發(fā)展和發(fā)明開(kāi)始，新的方法和改進(jìn)(在傳統(tǒng)和現(xiàn)代噴丸)在不同的時(shí)間發(fā)生了變化。因此，今天我們有大約六種可用的噴丸方法，其中大多數(shù)都或多或少具有獨(dú)特和顯著的優(yōu)點(diǎn)和局限性。雖然所涉及的原理沒(méi)有變化，但激光沖擊沖擊強(qiáng)化是根據(jù)待沖擊試樣的表面狀況和周?chē)鷾囟冗M(jìn)行分類(lèi)的，如圖2所示。

圖2 噴丸分級(jí)流程圖。

樣品表面狀況

i) 帶涂層的LSP

ii）無(wú)涂層LSP（LPwC）

環(huán)境溫度

i）低溫激光沖擊噴丸（CLSP）

ii）室溫激光沖擊噴丸（RT-LSP）

iii）熱激光沖擊噴丸（WLSP）

根據(jù)樣本的表面狀態(tài)，LSP可分為兩類(lèi);LSP帶涂層和不帶涂層(LPwC)。與傳統(tǒng)的涂層LSP相比，LPwC是Sano等人開(kāi)發(fā)的最新的改性L(fǎng)SP。但兩者的工作原理和過(guò)程機(jī)制是相同的。LPwC非常適合水下樣品，因?yàn)樵谒聵悠分袊娡坎煌该鲗颖容^困難。在LPwC中沒(méi)有涂層的情況下，激光束直接與被噴丸試樣的表面相互作用，發(fā)生輕微的燒蝕，但總體性能保持不變。與傳統(tǒng)LSP相比，LPwC具有成本效益和時(shí)間節(jié)省，因?yàn)閜eener無(wú)需擔(dān)心犧牲層的選擇。這種方法在我們實(shí)驗(yàn)室也成功地應(yīng)用于鋼以及鋁、鈦和高溫合金的激光噴丸。

根據(jù)周?chē)鷾囟?，LSP可以分為三類(lèi);低溫激光沖擊強(qiáng)化(CLSP)、室溫激光沖擊強(qiáng)化(RT-LSP)和溫高溫激光沖擊強(qiáng)化(WLSP)。WLSP和CLSP的工藝機(jī)理和原理與RT-LSP相同，只是保持溫度不同。由于激光沖擊強(qiáng)化還涉及到材料的力學(xué)和顯微組織性能，因此“樣品保持溫度”一詞在改變材料性能方面起著重要作用。

高強(qiáng)度、延性好、機(jī)械性能(殘余應(yīng)力)穩(wěn)定的材料一直是工業(yè)需求的要求。納米晶材料也被認(rèn)為是高強(qiáng)度材料，可以滿(mǎn)足這一要求，可以通過(guò)劇烈的塑性變形來(lái)制備，但由于納米晶粒的位錯(cuò)積累能力較低，因此具有較低的延展性。在循環(huán)加載過(guò)程中，特別是高周試驗(yàn)時(shí)，LSP等方法產(chǎn)生的殘余壓應(yīng)力也不穩(wěn)定。因此，開(kāi)發(fā)適合低溫、高溫、低循環(huán)和高循環(huán)加載的材料是很有前途的一種材料。CLSP通過(guò)抑制缺陷的恢復(fù)(穩(wěn)定變形)和誘導(dǎo)高密度變形孿晶(在可能的情況下，而WLSP則通過(guò)鎖定移動(dòng)位錯(cuò)(穩(wěn)定位錯(cuò)結(jié)構(gòu))和產(chǎn)生超高密度納米沉淀(在高應(yīng)變率變形和高溫下)來(lái)提高材料的強(qiáng)度而不影響延性。盡管CLSP和WLSP具有獨(dú)特的特性，但到目前為止，仍然可以使用非常薄弱的報(bào)告。因此，有必要對(duì)CLSP和WLSP進(jìn)行更多的研究，以強(qiáng)調(diào)和欣賞這些改進(jìn)的LSP方法的好處。

3.3 LSP的重要參數(shù)

太陽(yáng)能發(fā)電的主要貢獻(xiàn)和影響因素是壓縮殘余應(yīng)力引起的塑性變形產(chǎn)生的沖擊波壓力高通道使用高功率密度的激光束。這是所有激光沖擊試樣力學(xué)性能變化中最先發(fā)生的變化。激光沖擊試樣在機(jī)械和顯微結(jié)構(gòu)方面的其他變化(在大多數(shù)情況下)取決于殘余應(yīng)力的產(chǎn)生及其性質(zhì)。因此，主要是直接或間接地誘發(fā)大量的殘余應(yīng)力，并控制其性質(zhì)。同時(shí)，人們不得不承認(rèn)，殘余應(yīng)力的產(chǎn)生有時(shí)取決于之前的熱機(jī)械循環(huán)和材料的微觀結(jié)構(gòu)。殘余應(yīng)力的產(chǎn)生依賴(lài)于某些參數(shù)，這些參數(shù)被Montross等人、Gujba和Medraj廣泛地研究。在本節(jié)中，我們將簡(jiǎn)要討論激光沖擊強(qiáng)化的主要參數(shù)。

3.3.1 限制介質(zhì)和犧牲層

激光沖擊強(qiáng)化基本上可以用兩個(gè)主要部件進(jìn)行;高功率密度激光系統(tǒng)和透明覆蓋層(限制介質(zhì))。透明疊加功能有兩種不同的方式;首先，它允許脈沖激光束通過(guò)它朝向被噴射的試樣而不造成明顯的激光能量損失;其次，它有助于限制激光產(chǎn)生的、迅速膨脹的等離子體，最終導(dǎo)致沖擊波壓力從試樣表面向下傳播。

當(dāng)LSP工藝發(fā)明時(shí)，石英被用作限制介質(zhì)，后來(lái)在BK7玻璃、有機(jī)玻璃、硅橡膠、Hong等人也使用了K9玻璃和Pb玻璃，但迄今為止，室溫激光沖擊強(qiáng)化(RT-LSP)使用最頻繁和最廣泛的限制介質(zhì)是水，因?yàn)樗苋菀撰@得，也可以限制最復(fù)雜的表面。盡管在文獻(xiàn)中提到，使用石英和玻璃作為限制介質(zhì)可以獲得良好的殘余應(yīng)力分布，但使用石英或玻璃作為限制介質(zhì)存在一些限制，例如它們僅適用于扁平樣品，并且必須在每次LSP工藝后更換。

在LSP中，首先在工件或目標(biāo)表面涂上不透明層(犧牲層或燒蝕層或通常稱(chēng)為涂層)，它可以是黑色膠帶或黑色鋁膠帶或黑色油漆。這也是LSP文獻(xiàn)中討論最多的話(huà)題之一，不同的研究者在這一背景下有不同的前瞻性觀點(diǎn)。Rubio Gonzalez等人和Salimianrizi等人的文獻(xiàn)表明，如果使用犧牲層，那么LSP過(guò)程將變得純粹機(jī)械化，因?yàn)榧す饷}沖和待噴丸樣品表面之間的熱相互作用將非常少，甚至燒蝕將限制在燒蝕層的厚度內(nèi)層LSP也可以在沒(méi)有燒蝕層的情況下進(jìn)行，在這種情況下，脈沖激光束與被噴丸材料表面發(fā)生直接相互作用，LSP可以被稱(chēng)為一個(gè)熱機(jī)械過(guò)程。無(wú)涂層的LSP是由Sano等人發(fā)起的，他們成功地噴丸了各種材料，這種方法通常被稱(chēng)為無(wú)涂層激光噴丸(LPwC)。有涂層和無(wú)涂層的研究有很多，每一種都有獨(dú)特的意義和好處，因?yàn)閮烧叨寄墚a(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。

3.3.2 激光功率密度和波長(zhǎng)

激光噴丸試樣的殘余應(yīng)力通常是作為深度的函數(shù)來(lái)測(cè)量的，噴丸影響所達(dá)到的深度稱(chēng)為有效噴丸深度。激光沖擊試樣的有效深度取決于約束等離子體產(chǎn)生的沖擊波壓力的大小。Peyre等人和Berthe等人的工作表明，沖擊波壓力隨所用激光入射功率密度的平方根而變化。因此，激光沖擊強(qiáng)化中殘余應(yīng)力的分布也取決于激光沖擊強(qiáng)化的功率密度。

隨著功率密度的增大，影響殘余應(yīng)力和其他機(jī)械性能的另一個(gè)參數(shù)是激光LSP所用的激光波長(zhǎng)。這是LSP文獻(xiàn)中研究較少的參數(shù)之一。Berthe等用測(cè)速干涉儀表征了Nd:YAG激光器基波(IR-1.064?μm)、二次諧波(Green-0.532?μm)和三次諧波(UV-0.355?μm)輻射下的水承壓激波壓力。

他們研究了激光產(chǎn)生等離子體的沖擊波壓力分布（峰值壓力和沖擊波壓力持續(xù)時(shí)間），作為每個(gè)入射波長(zhǎng)的激光功率密度的函數(shù)，并觀察到在UV（4?GW/cm2和3.5?GPa）和綠色（6?GW/cm2和5?GPa）波長(zhǎng)與IR（10?GW/cm2和5?GPa）。在其結(jié)果的第二部分中，在較低的功率密度范圍（1–3）下觀察到壓力持續(xù)時(shí)間急劇減少紫外線(xiàn)波長(zhǎng)比紅外波長(zhǎng)（11–13?超過(guò)這些功率密度范圍，壓力持續(xù)時(shí)間變得更短，這也得到了同一組之前工作結(jié)果的支持，該組在沖擊波壓力飽和后，隨著功率密度的增加，沖擊波持續(xù)時(shí)間縮短。然而，與紅外（0.25）相比，紫外（0.40）和綠色（0.40）波長(zhǎng)的激光相互作用效率（定義轉(zhuǎn)化為激光產(chǎn)生等離子體壓力的等離子體內(nèi)能分?jǐn)?shù)的參數(shù)）更高。

在另一種情況下，Gomez-Rosas等人也對(duì)6061-T6鋁進(jìn)行了波長(zhǎng)為1064?nm和532?nm的LSP實(shí)驗(yàn)，并比較了它們的效果。結(jié)果顯示了更高的壓縮殘余應(yīng)力值與1064年納米波長(zhǎng)(950??MPa 650??MPa)比532年納米波長(zhǎng)(750??MPa 600??MPa)但不同意Berthe 等的結(jié)論,他們認(rèn)為高殘余應(yīng)力峰值壓力(這意味著更高的效率或更高有效深度)可以預(yù)期在綠色相比IR波長(zhǎng)。本文的實(shí)驗(yàn)者還對(duì)Ti-2.5Cu進(jìn)行了LPwC，并研究了兩種波長(zhǎng)的輻射對(duì)硬化軟化機(jī)制和疲勞行為的影響。他們觀察到表面軟化直到500?μm(在532?nm)和200?μm(在1064?nm)的深度，這歸因于材料的激光束的熱相互作用。機(jī)械軟化(在材料內(nèi)部，由于與絕熱加熱有關(guān)的過(guò)程)被發(fā)現(xiàn)是用于噴擊的激光波長(zhǎng)的函數(shù)，并得出結(jié)論，如果波長(zhǎng)較短，這種軟化的開(kāi)始時(shí)間較早。殘余應(yīng)力和疲勞行為也有類(lèi)似的趨勢(shì)，這支持了軟化機(jī)制。如前所述，過(guò)去很少有病例報(bào)告使用波長(zhǎng)相關(guān)的激光沖擊強(qiáng)化，因此需要更多的研究才能得出明確的結(jié)論。

來(lái)源：Review: Laser shock peening as post welding treatment technique，Journal ofManufacturing Processes，doi.org/10.1016/j.jmapro.2018.04.006

參考文獻(xiàn)：E. Hawkinson，Shot peening history，SAE ISTC Div，(1962), p. 20，G.F. Bush, J.O. Almen, L.A. Danse, J.P. Heiss，How, whenand by whom was mechanical prestressing discovered，n.d.，https://www.shotpeener.com/library/pdf/1962003.pdf