DOI: 10.1051/jp3:1991204
J. Phys. III France 1 (1991) 1467-1480

Mechanical effects induced by shock waves generated by high energy laser pulses

J. Fournier¹, P. Ballard¹, P. Merrien², J. Barralis³, L. Castex³ and R. Fabbro<sup>4

1</sup>  PSA ER, DRAS RTR, Centre technique CITROEN, 78140 Vélizy, France
²  IRSID, 185 Rue du Président Roosevelt, 78105 Saint Germain en Laye, France
³  ENSAM, 2 Cours des Arts et Métiers, 13617 Aix en Provence, France
⁴  LULI, Ecole Polytechnique, 91128 Palaiseau Cedex, France

(Received 28 June 1990, revised 18 January 1991, accepted 24 May 1991)

Abstract
Specimens made of low alloy and non alloyed medium carbon steels were subjected to high energy laser pulses. Direct ablation and confined plasma procedures were both investigated. An optimum impulse momentum transfer to the material is attained with a pulse duration of 30 ns and a power density of 10 GW .cm ². Fatigue testing shows that the fatigue strengths of the selected materials are significantly increased. This can be related to the fact that laser shock processing generates an appropriate residual compressive stress field in a sufficiently thick layer and does not alter the initial surface roughness. In addition, the use of cumulative laser impacts and of dual treatment combining thermal and mechanical effects of the laser beam have been investigated and shown to result in an enhanced fatigue strength.

Résumé
Des échantillons d'acier éventuellement faiblement allié sont irradiés par un ou plusieurs pulses laser ayant une intensité comprise entre 1 et 100 GW/cm ² et une durée d'émission laser de 3 ou 30 ns, les deux configurations d'ablation directe ou de plasma confiné étant utilisées. Les contraintes résiduelles résultant du passage de l'onde de choc sont analysées à l'aide de la technique de diffraction de rayons X. D'après cette étude, il apparaît clairement que les valeurs d'intensité et de durée d'émission laser les plus appropriées sont respectivement 10 GW/cm ² et 30 ns. Ces valeurs correspondent à l'optimum de transfert d'impulsion. De plus, l'influence du nombre d'impacts laser utilisés est discuté et un essai de fatigue montre que ce traitement mécanique de surface augmente de manière significative la limite d'endurance du matériau étudié.

© Les Editions de Physique 1991