放大自发辐射对激光冲击处理7050铝合金的影响

Vol. 23, No. 1Jan. , 2011第23卷第1期2011年1月强激光与粒子束HIGH POWER LASER AND PARTICLE BEAMS文章编号：1001-4322(2011 )01-0016-05放大自发辐射对激光冲击处理7050铝合金的影响管海兵，叶云霞，张永康，姚红兵，姜银方，钱晓明（江苏大学机械工程学院.江苏镇江212013）摘要：利用髙功率咬玻璃激光器划7050铝合金表面进行了冲力处理保持泵浦功率不变.用乐电传感 器和示扳器测试了激光冲击产牛.的压力波形，用X射线应力测尿仪测址了激光冲击后铝合金表面的残余应 力并用非接触式光学轮郸仪分析了激光冲击后铝合金的表面形貌研究了放大自发辐射强度对激光冲击处理 7050铝合金冲击压力、残余应力和粗糙度影响的微观机理.研究结果表明：在泵浦功率不变前提F放大自发 辐射强度的増大降低了激光冲击波压力铝合金表面残余压应力也随之降低同时铝合金丧面粗糙度增大.关键词：放大自发辐射强度；激光冲击处理；冲击波压力；残余应力；粗糙度 中图分类号：TN249文献标志码：Adoi：l0.3788/HPLPB20112301.0016激光冲击处理是种材料表面改性技术，是用高能虽、短脉冲（儿十ns内）的激光辐照金属材料表面，在其 表面产生高峰值功率的激光密度，然后吸收激光能量发生爆炸性汽化蒸发，产生高压（GPa）等离子体，该等离 子休受到约束层的约束爆炸时产生高压冲击波，作用于金属表面并向内部传播，材料受到高压冲击波作用后在 其表面残闕了很高的压应力，并且表层形成密集、稳定的位错结构提高了材料抗疲劳和抗应力腐蚀等性 能。自从1972年美国巴特尔学院的B. P. Fairand等人首次用固体激光器激发高功率脉冲激光诱导的冲 击波来改变7075铝合金显微结构组织提高其机械性能以来，国内外学者对激光冲击处理机理进行了比较深入 的研究3】，R.Fabbro对激光冲击建立了理论模型把激光冲击处理分为3个过程进行分析讨论。R. Fab- bro所建立的理论模型是徃忽略了高功率激光器中放大自发辐射效应的基础上建必的由于高功率固体激光 器运转过程中，放大自发辐射的存在是不可避免的，因此研究放大自发辐射强度对激光冲击处理能址的影响 显得十分必要。本文通过激光冲击处理的物理模型，分析了放大白发辐射强度对激光冲击处理7050铝合金冲 击压力、残余应力和粗糙度影响并刘其影响的微观机理进行了探讨.1物理模型在高能敘玻璃调Q激光器中，调Q时间相对振荡级和放大级延时时间为八即放大自发辐射较有效脉冲 提前/时间输出，其激光冲击强化金属的物理模型询提条件有两个：（1）放大自发辐射较有效脉冲提前/时 间输出，输出能址作用在铝箔（物理参数如表1所示）表面，由于放大自发辐射脉宽为1 ps,放大自发辐射作用 于铝箔表面熔融、烧蚀和汽化铝箔，实验发现铝箔汽化占的比例很小主要是熔融和烧蚀，因此计算时不考虑汽 化部分。（2）0时间之后，右效脉冲（调Q脉冲）输出，作用在铝箔表面，假设有效脉冲全部用来汽化铝箔，产生 等离了体和冲击波对金属进行强化不考虑熔融和烧蚀部分。因此枚大自发辐射熔融铝箔深度和有效脉冲汽 化铝箔深度之和小于铝箔厚度，有效脉冲就不会直接与工件表层接触对材料产生热损伤放大自发辆射熔融深d（z）=半气（2如盘几/妊+C°）"2 1n （迷座马些竺H式中：A,鵝几分别为铝箔吸收率、热导率d相的热扩散率（固相时Qs液相时i=L）；7是熔点；T。为初始 温度M为激光功率理为激光作用时间。N = hjcp、zs为相的密度和比热容"有效脉冲气化深度收稿日期：2610-03-01 $ 修订日期：2010 06 13基金项目：国家自然科学棊金项H （50735001 10804037）作者简介：笹海兵（】986）.男欣士研究生，主耍从事激光加工激光器件研究丿ghb_2007）63 com. 通信作者：张水康（】963）男士 教授主要从事激光加匸研究：ykzhanggujedu. cn.