激光冲击强化(Laser Shock Peening, LSP)是一种先进激光表面处理技术,可以有效地提高金属部件的疲劳寿命等。常规LSP原理是,先在金属表面贴服吸收层,侧面喷水形成透明薄膜,然后将高强度(GW/cm2)、短脉冲(8~30ns量级)激光穿过透明约束水层,作用于吸收层,吸收层在强激光作用下,瞬时产生高温、高压等离子体。等离子体继续吸收激光能量,急剧升温膨胀,爆炸形成几万到几十万倍大气压的高强度冲击波,作用于金属工件。冲击波的峰值压力远远超过材料的动态屈服强度,材料发生塑性变形并在表层一定深度内产生塑性变形和残余压应力。LSP可以提高金属材料的疲劳寿命、耐磨损和抗腐蚀能力,与其他表面强化技术相比,LSP具有无热影响、可控性强以及强化效果显著等突出优点。美国、欧洲军用发动机叶片普遍采用LSP处理,疲劳寿命相对未处理工件提高5-7倍,我国亟待将该技术产业化应用。

  但是传统的激光冲击强化技术存在一系列局限性,限制了这一技术的普遍应用。首先,侧面喷水形成水膜有边沿效应,工件中间和边沿以及凸起不平的地方水膜厚度很难均匀控制;其次,传统LSP要多次贴覆吸收层,错位处理,以形成均匀应力场,导致加工时间过长,工艺昂贵;再者,处理复杂曲面需要个性化编程;还有,水膜小、流溅射会对光路产生影响,能量耦合率低;最后,采用的激光器使用极限状态,稳定性差。