激光冲击强化技术研究团队

来源: 发布时间:2016-03-22
团队信息
  
课题组名称:激光冲击强化技术研究团队 课题组网址:http://www.sia.cas.cn/jgsz/kyxt/zbzzjs/201212/t20121224_3727134.html
负责人:赵吉宾 工作单位:沈阳自动化研究所 学科领域:高端装备先进制造
课题组院地合作联络人员 姓 名:乔红超 办公电话:024-83601252 手 机:13840051605 E-mail:hcqiao@sia.cn
科技处院地合作联络人员 姓 名:隋铁亮 办公电话:024-23970117 手 机:13072425488 E-mail:suitl@sia.cn
团队介绍
  

研究方向: 激光冲击强化技术研究团队致力于为我国航空航天、核工业等国防民生重大方向提供激光冲击强化技术支持,针对航空发动机整体叶盘、大型复杂零部件、核反应堆控制棒焊接结构等进行激光冲击强化设备开发与工艺研究。该技术是一项利用强激光束诱导等离子冲击波发生塑性变形,提高金属材料表面抗疲劳、耐磨损和抗腐蚀能力的技术,是目前最先进、效果最好、效率最高、绿色环保的表面强化技术之一。然而该项技术长期处于大国垄断、技术封锁的局面,严重制约我国军事国防事业的发展,将该技术投入到大规模的工业生产,具有重要的战略意义。

激光冲击强化成套装备与工艺技术研发: 激光冲击强化研究团队在国家863计划项目、中国科学院知识创新工程重要方向性项目等课题的大力支持下,自主研发的国内首台首套航空发动机整体叶盘激光冲击强化装备,打破了该技术大国垄断、技术封锁的局面,是我国唯一一台投入工业生产的发动机整体叶盘激光冲击强化装备,成功的在黎明航空发动机公司进行示范应用,利用激光冲击强化技术可以有效的提高航空发动机整体叶盘抗异物损伤能力及疲劳寿命,其使用寿命提高3倍以上,缩短了与国际先进水平的距离。未来我们将拓展研究方向,实现军事武器、汽车船舶、核工业、石油化工、生物移植等领域全面发展。

典型转移转化项目案例
  

1.航空发动机整体叶盘/叶片激光冲击强化成套装备的研发

在国家863项目重点支持下,由我团队自主设计研发的航空发动机整体叶盘/叶片激光冲击强化成套装备,是我国唯一一台投入工业生产的激光冲击强化装备,攻克了整体叶盘激光冲击强化的全自动控制、复杂轨迹规划、过程仿真、在线质量监控、零件性能的定量预测等技术难关,并制定了一整套技术工艺参数与标准,有效地提高了航空发动机整体叶盘抗异物损伤能力及使用寿命,使整体叶盘的疲劳寿命提高3倍以上,目前该设备在黎明航空发动机(集团)有限责任公司运转良好。



航空发动机整体叶盘激光冲击强化成套装备


2.大型复杂曲面零件激光冲击强化成套装备的研发

在首台航空发动机激光冲击强化装备的基础上,设计升级了高性能复杂曲面零件多功能激光冲击强化设备系统,有效提高了大型复杂零件强化的效率和能力,实现了复杂曲面加工轨迹生成、光束自动转换,加工质量不稳定度控制在±2.8%以内,零件性能的定量预测以及零件性能逐点可控的主动加工方式,实现了复杂加工轨迹在线生成与精准控制,成功的解决了激光冲击强化加工质量稳定性问题。



大型复杂曲面零件激光冲击强化成套装备的研发


3.航空发动机叶片激光冲击强化工艺技术

激光冲击强化研究团队在承担国家863计划项目、中国科学院知识创新工程重要方向性项目、中国科学院战略性新兴产业科技行动计划项目、企业委托开发项目等多项纵横向课题的基础上,进行了一系列高性能零件激光冲击强化工艺开发,为某型号航空发动机整体叶盘制定了一整套激光冲击强化技术工艺参数、企业标准与设备使用规范,使叶片振动疲劳寿命从2.1×106提高至2.6×107,整体叶盘使用寿命提高3倍以上,并极大提高了其抗异物损伤能力。



整体叶盘激光冲击强化工艺研究


4.核心部件激光冲击强化工艺技术

针对多种复杂零部件进行激光冲击强化取得重大突破,直升机尾段联轴器扭曲疲劳寿命提高5倍以上、短弧汞灯曝光寿命提高20%以上、水下机器人铝合金结构件强度提高12%以上,TiAl合金激光冲击强化后显微硬度提高21.6%,疲劳寿命提高2倍以上,运20飞机起落架轴承材料TC18表面耐磨寿命提高约17%。对激光冲击强化微观机制与材料组织形貌演变进行深入研究,掌握了激光冲击作用下的微结构及残余应力演变规律、建立了激光等离子体冲击波能量、激光参数、约束层参数与材料组织性能之间的定量描述,分析了激光冲击波力学效应加工过程中出现的各种非线性强耦合、多尺度效应、强时空变化现象对加工性能的影响规律、以及对激光冲击响应、材料动态力学行为、金属材料微观结构演化规律,突破了大型高性能零件性能再提高的技术瓶颈。



激光冲击强化部分试样件


TiAl合金微观组织形貌
a)母材;b)冲击后位错缠结;c)冲击后位错孪晶;d)冲击后位错割接;
e)冲击后位错墙;f)冲击后亚晶