激光沖擊強化是一種先進的表面改性處理技術，激光束誘導的沖擊波大大提升了金屬以及合金材料的抗疲勞強度，損傷極限以及抗腐蝕能力。越來越多的研究者對激光沖擊強化技術進行全面的關注，這主要是由于激光沖擊高沖擊壓力（GPa級別），高能量密度（高于1 GW/cm2），超快（幾十納秒）與超高應變率（106 s-1）。

在過去的幾十年內，實質性的研究工作在重疊激光沖擊強化以及多次激光沖擊對金屬以及合金表面機械性能以及微觀組織影響方面已經取得了重要的見解。張永康等人發現重疊激光沖擊7075鋁合金激光焊接件的焊接區域后，其應力腐蝕性能受到了很大影響，鋁合金焊激光焊接件的延展性，疲勞破壞時間以及靜態韌性分別提高了11.13%，20%和100%。Trdan等人確定了激光沖擊對表面處理方向的微觀硬度分布影響不大，同時表明了在長度方向和橫截面方向分布微觀硬度分布的均勻性。嘉等人提出了重復激光沖擊對表面硬度方面具有很大的改善作用，激光沖擊后的鈦834合金的高頻疲勞壽命大幅提高，主要是由于殘余壓應力可以抑制裂紋的起源與增長。科雷亞等人建立了激光沖擊鋁合金2024-T351有限元模擬，殘余應力測試以及疲勞壽命檢測之間很好的聯系。在本課題組之前的研究中，介紹了AISI304不銹鋼管抗應力腐蝕斷裂能力得到提升主要是由于激光沖擊后AISI304不銹鋼管表面的殘余壓應力的生成以及表面晶粒的細化。同時還提出了LY2鋁合金和AISI304不銹鋼管表面的殘余應力以及典型的微觀組織改變與多次激光沖擊的次數有很大的聯系。單次激光沖擊可以通過誘導單方向的機械孿晶，從而細化AISI304不銹鋼管表層原始晶粒，多次激光沖擊可以在不銹鋼管表層誘導多方向的機械孿晶，從而使原始晶粒得到細化，這直接解釋了為什么激光沖擊可以大幅提升AISI304不銹鋼管表面的納米硬度，彈性模量以及其殘余應力。零件表面不均勻的殘余應力分布卻會削弱被處理零件的表面性能，而金屬零件表面大面積激光沖擊后殘余應力分布的均勻性主要取決于單個激光光斑內的殘余應力分布與微觀組織分布。然而，近期的研究大多集中在大面積沖擊后的整體性能檢測，而很少關注單點激光沖擊對零件表面的殘余應力分布以及微觀組織的影響機制，以及不同次數單點激光沖擊對光斑延伸區域殘余應力分布均勻性的影響，從而實現由單點到多點沖擊更好的過渡，并獲得更均勻的沖擊效果。

本章主要研究不同次數單點激光沖擊對AISI304不銹鋼管表面以及深度方向的殘余應力分布狀態的影響。將試驗測得的單點激光沖擊后殘余應力的空間分布用三維圖像表達出來，從而更直觀地探尋多次激光單點沖擊對光斑及其周圍殘余應力的影響規律。特別地，多次單點沖擊AISI304不銹鋼管試樣后，光斑及其周圍區域表層微觀組織特征被詳細地描述并分析。最終，單點激光沖擊對AISI304不銹鋼管表層微觀組織的影響機制被提出，同時針對不同次數單點激光沖擊對沖擊光斑延伸區域的殘余應力分布均勻性的影響機制進行分析與研究。以上的研究可以為改善大面積重復搭接激光沖擊工件表面殘余應力分布的均勻性提出一些見解，這在實際的工程應用有很好實用性。

本章主要研究了不同次數單點激光沖擊對AISI304不銹鋼管表面以及垂直于表面的殘余應力分布狀態的影響，同時研究了單點光斑區域表面微觀組織在不同沖擊次數作用下的演變規律，并對改善大面積激光沖擊殘余應力分布的均勻性進行研究，所得主要結論如下：

(1)殘余壓應力的最大值隨著單點激光噴丸處理的多次進行而逐次增加，而增加程度反而逐次降低；單點激光沖擊光斑的影響區域隨著激光沖擊次數的增加會達到一個峰值；沿光斑直徑方向的殘余應力數值隨著到光斑中心位置距離的增加而漸漸減小。單點多重激光沖擊并不能使得光斑內的殘余應力值分布隨著激光噴丸處理的多次進行而越來越均勻。

(2)三次單點激光沖擊后，光斑中心處的殘余壓應力值以及其在深度方向的影響距離達到了一個峰值，殘余壓應力值基本保持不變，殘余壓應力在深度方向的影響距離也達到了一個飽和值。

(3)隨著激光沖擊次數從一次增加到三次，原始粗晶分別被孿晶薄片，亞微米菱形纏結與三角狀纏結分割開來，從而得到細化晶粒。

(4)研究了激光沖擊波誘導AISI304不銹鋼管表面的微觀組織變化對殘余應力分布的影響機制，表面晶粒細化以及超高應變率是產生殘余應力的兩大重要因素。

(5)大面積激光沖擊光斑搭接率為50%時，單個光斑內大多數的區域被沖擊次數至少為3次，AISI304奧氏體不銹鋼管試樣上表面區域出現了大量的亞微米三角狀纏結，微觀組織細化更均勻。沖擊表面殘余應力分布、微觀硬度以及彈性模量大幅提升，并且在激光沖擊的延伸影響區域也分布均勻。