Влияние плотности мощности и размера пятна лазера на форму импульса давления при лазерной ударной обработке образцов из титанового сплава

Определены формы импульсов давления для пятен лазера круглой и квадратной формы при различной плотности мощности излучения помощью фотонного доплеровского измерителя скорости. Полученные формы импульсов давления позволили уточнить математическую модель процесса лазерной ударной обработки в части построения эпюры остаточных напряжений. Проведено измерение профиля скорости перемещения свободной поверхности образца при лазерной ударной обработке с относительной плотностью мощности излучения 0,10…0,63 на плоских образцах из титанового сплава толщиной 0,35…1,20 мм. Получен характерный профиль упругопластической волны в образце из титанового сплава. Установлено, что при круглой форме пятна лазера с повышением плотности мощности излучения форма импульса давления почти не изменяется, а при квадратной форме пятна длительность импульса увеличивается в 1,6–2,3 раза.
EDN: KQBHDB, https://elibrary/kqbhdb

Литература

[1] Борисенок Г.В., Васильев Л.А., Ворошнин Л.Г. и др. Химико-термическая обработка металлов и сплавов. Москва, Металлургия, 1981. 424 с.

[2] Гидродробеструйный метод упрочнения деталей ГТД, основанный на пластическом деформировании поверхностного слоя. gidroabraziv.com: веб-сайт. URL: https://www.gidroabraziv.com/technology/gidrodrobestrujnyj-metod-uprochneniya-detalej-gtd/ (дата обращения: 15.09.2025).

[3] Инструментальные технологии улучшения металлических поверхностей. URL: https://www.rp-ural.ru/wp-content/uploads/2021/05/Ecoroll_RU.pdf (дата обращения: 15.09.2025).

[4] Ширяев А.А., Габов И.Г., Миленин А.С. и др. Сравнение методов упрочнения на предел выносливости лопаток из титанового сплава. Вестник ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение, 2023, т. 25, № 4, с. 109–117.

[5] Новиков И.А., Ножницкий Ю.А., Шибаев С.А. Мировой опыт в исследовании и применении технологического процесса лазерной ударной обработки металлов (обзор). Авиационные двигатели, 2022, № 2, с. 59–82, doi: https://doi.org/10.54349/26586061_2022_1_59

[6] Ebrahimi M., Amini S., Seyed M. The investigation of laser shock peening effects on corrosion and hardness properties of ANSI 316L stainless steel. Int. J. Adv. Manuf. Technol., 2017, vol. 88, no. 5–8, pp. 1557–1565, doi: https://doi.org/10.1007/s00170-016-8873-0

[7] Лебедев В.Ф. Лазерная фотоника. Санкт-Петербург, ИТМО, 2019. 150 с.

[8] Morales M., Porro J.A., Blasco M. et al. Numerical simulation of plasma dynamics in laser shock processing experiments. Appl. Surf. Sci., 2009, vol. 255, no. 10, pp. 5181–5185, doi: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2008.09.067

[9] Pozdnyakov V., Oberrath J. Two-dimensional simulations of laser shock peening of aluminum with water confinement. IEEE Trans. Plasma Sci., 2022, vol. 50, no. 2, pp. 534–539, doi: https://doi.org/10.1109/TPS.2022.3146269

[10] Lu H., Wu L., Wei H. et al. Microstructural evolution and tensile property enhancement of remanufactured Ti6Al4V using hybrid manufacturing of laser directed energy deposition with laser shock peening. Addit. Manuf., 2022, vol. 55, art. 102877, doi: https://doi.org/10.1016/j.addma.2022.102877

[11] Lu J., Lu H., Xu X. et al. High-performance integrated additive manufacturing with laser shock peening — induced microstructural evolution and improvement in mechanical properties of Ti6Al4V alloy components. Int. J. Mach. Tools Manuf., 2020, vol. 148, art. 103475, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2019.103475

[12] Abeens M., Muruganandhan R., Thirumavalavan K. et al. Surface modification of AA7075 T651 by laser shock peening to improve the wear characteristics. Mater. Res. Express, 2019, vol. 6, no. 6, art. 066519, doi: https://doi.org/10.1088/2053-1591/ab0b0e

[13] Zhang W., Lu J., Luo K. Residual stress distribution and microstructure at a laser Spot of AISI 304 stainless steel subjected to different laser shock peening impacts. Metals, 2016, vol. 6, no. 1, art. 6, doi: https://doi.org/10.3390/met6010006

[14] Zhu R., Zhang Y., Lin C. et al. Residual stress distribution and surface geometry of medical Ti13Nb13Zr alloy treated by laser shock peening with flat-top laser beam. Surf. Topogr.: Metrol. Prop., 2020, vol. 8, no. 4, art. 045026, doi: https://doi.org/10.1088/2051-672X/abce15

[15] Zhou L., Zhu C., Yuan H. et al. Influence of the laser pulse time profile on residual stress characteristics in laser shock peening. Opt. Express, 2023, vol. 31, no. 11, pp. 18039–18049, doi: https://doi.org/10.1364/OE.489426

[16] Ширяев А.А., Карманов В.В. Анализ зависимости уровня и глубины остаточных напряжений от параметров лазерного излучения при моделировании лазерной ударной обработки плоских образцов из титанового сплава. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2025, № 4, с. 32–40. EDN: Dhthol