激光喷丸大约在1965年首次开发,由于缺乏可靠的、高的重复率以及高平均功率,激光器未能商业化,首次商业应用是1997年GE公司用于军用发动机的风扇叶片前缘用以减轻外物打伤。但在近两年,生产用激光喷丸能力明显扩大。美国金属改进公司(MIC)的激光喷丸部已于最近安装2台商用激光喷丸系统,目前正用于涡轮部件的处理。
2002年5月MIC公司在专门的设施中进行生产性的激光喷丸,采用的是LLNL公司的激光技术。该设施是在2001年MIC与一航空制造商签订民用涡轮发动机钛合金转子件激光喷丸合同后8个月建起来的。该激光器投产4个月内,系统每天工作24小时,一周工作5天。激光器以高功率每天发射100000次。总体说来,系统证明可靠、稳定,能满足涡轮发动机工业的需要,获得FAA及CAA的喷丸处理证书。同年中,受同一航空制造商委托进行其它4种型号的钛合金转动件的处理,MIC公司承诺另建3台激光喷丸系统。2003年5月第2台已实现全功率运行,余下的在9月投入运行。
研究了钛合金在不同条件下的残余应力。研究了激光束入射角与残余应力的关系。试样8.73mm厚、45×45mm,入射角与法线成0~60o,结果表明,喷丸可以高入射角下进行,表明喷丸可以用于复杂几何形状零件的场合,有显著的灵活性。
MIC激光喷丸系统采用新颖的Nd:玻璃闪光灯泵浦激光器。该系统的平均功率125W,脉冲宽度100ns、脉冲能量20J,重复率至5Hz,矩形激光焦点。而典型的激光喷丸的参数为:10~30ns的脉冲宽度,10~20J的脉冲能、3Hz的重复率以及3~5mm2的激光焦点。
喷丸前、工件表面涂有半透明烧蚀层,层上有透明的层流水。当脉冲对准工件时,激光脉冲穿过层流水而被烧蚀层吸收,并在层流水上产生等离子云、在10~100ns内,等离子膨胀在工件表面上产生1~10GPa的压力,从而形成的平面激波,经过工件而留下塑性变形材料,高的变形率产生一塑性变形层,其深度远大于其它喷丸工艺。