激光冲击强化是一种先进的表面改性处理技术，激光束诱导的冲击波大大提升了金属以及合金材料的抗疲劳强度，损伤极限以及抗腐蚀能力。越来越多的研究者对激光冲击强化技术进行全面的关注，这主要是由于激光冲击高冲击压力（GPa级别），高能量密度（高于1 GW/cm2），超快（几十纳秒）与超高应变率（106 s-1）。

在过去的几十年内，实质性的研究工作在重叠激光冲击强化以及多次激光冲击对金属以及合金表面机械性能以及微观组织影响方面已经取得了重要的见解。张永康等人发现重叠激光冲击7075铝合金激光焊接件的焊接区域后，其应力腐蚀性能受到了很大影响，铝合金焊激光焊接件的延展性，疲劳破坏时间以及静态韧性分别提高了11.13%，20%和100%。Trdan等人确定了激光冲击对表面处理方向的微观硬度分布影响不大，同时表明了在长度方向和横截面方向分布微观硬度分布的均匀性。嘉等人提出了重复激光冲击对表面硬度方面具有很大的改善作用，激光冲击后的钛834合金的高频疲劳寿命大幅提高，主要是由于残余压应力可以抑制裂纹的起源与增长。科雷亚等人建立了激光冲击铝合金2024-T351有限元模拟，残余应力测试以及疲劳寿命检测之间很好的联系。在本课题组之前的研究中，介绍了AISI304不锈钢管抗应力腐蚀断裂能力得到提升主要是由于激光冲击后AISI304不锈钢管表面的残余压应力的生成以及表面晶粒的细化。同时还提出了LY2铝合金和AISI304不锈钢管表面的残余应力以及典型的微观组织改变与多次激光冲击的次数有很大的联系。单次激光冲击可以通过诱导单方向的机械孪晶，从而细化AISI304不锈钢管表层原始晶粒，多次激光冲击可以在不锈钢管表层诱导多方向的机械孪晶，从而使原始晶粒得到细化，这直接解释了为什么激光冲击可以大幅提升AISI304不锈钢管表面的纳米硬度，弹性模量以及其残余应力。零件表面不均匀的残余应力分布却会削弱被处理零件的表面性能，而金属零件表面大面积激光冲击后残余应力分布的均匀性主要取决于单个激光光斑内的残余应力分布与微观组织分布。然而，近期的研究大多集中在大面积冲击后的整体性能检测，而很少关注单点激光冲击对零件表面的残余应力分布以及微观组织的影响机制，以及不同次数单点激光冲击对光斑延伸区域残余应力分布均匀性的影响，从而实现由单点到多点冲击更好的过渡，并获得更均匀的冲击效果。

本章主要研究不同次数单点激光冲击对AISI304不锈钢管表面以及深度方向的残余应力分布状态的影响。将试验测得的单点激光冲击后残余应力的空间分布用三维图像表达出来，从而更直观地探寻多次激光单点冲击对光斑及其周围残余应力的影响规律。特别地，多次单点冲击AISI304不锈钢管试样后，光斑及其周围区域表层微观组织特征被详细地描述并分析。最终，单点激光冲击对AISI304不锈钢管表层微观组织的影响机制被提出，同时针对不同次数单点激光冲击对冲击光斑延伸区域的残余应力分布均匀性的影响机制进行分析与研究。以上的研究可以为改善大面积重复搭接激光冲击工件表面残余应力分布的均匀性提出一些见解，这在实际的工程应用有很好实用性。

本章主要研究了不同次数单点激光冲击对AISI304不锈钢管表面以及垂直于表面的残余应力分布状态的影响，同时研究了单点光斑区域表面微观组织在不同冲击次数作用下的演变规律，并对改善大面积激光冲击残余应力分布的均匀性进行研究，所得主要结论如下：

(1)残余压应力的最大值随着单点激光喷丸处理的多次进行而逐次增加，而增加程度反而逐次降低；单点激光冲击光斑的影响区域随着激光冲击次数的增加会达到一个峰值；沿光斑直径方向的残余应力数值随着到光斑中心位置距离的增加而渐渐减小。单点多重激光冲击并不能使得光斑内的残余应力值分布随着激光喷丸处理的多次进行而越来越均匀。

(2)三次单点激光冲击后，光斑中心处的残余压应力值以及其在深度方向的影响距离达到了一个峰值，残余压应力值基本保持不变，残余压应力在深度方向的影响距离也达到了一个饱和值。

(3)随着激光冲击次数从一次增加到三次，原始粗晶分别被孪晶薄片，亚微米菱形缠结与三角状缠结分割开来，从而得到细化晶粒。

(4)研究了激光冲击波诱导AISI304不锈钢管表面的微观组织变化对残余应力分布的影响机制，表面晶粒细化以及超高应变率是产生残余应力的两大重要因素。

(5)大面积激光冲击光斑搭接率为50%时，单个光斑内大多数的区域被冲击次数至少为3次，AISI304奥氏体不锈钢管试样上表面区域出现了大量的亚微米三角状缠结，微观组织细化更均匀。冲击表面残余应力分布、微观硬度以及弹性模量大幅提升，并且在激光冲击的延伸影响区域也分布均匀。