激光沖擊作用下船用鋼D32焊件疲勞裂紋擴展性能研究.pdf

1、在惡劣的海洋服役環(huán)境下，焊接殘余應力是加速海工平臺和船舶中焊接結構疲勞失效的最主要誘因，這也成了制約我國海洋資源開采裝備發(fā)展的突出問題，因此，研究焊接結構延壽的表面強化技術顯得意義重大。本文提出針對船用鋼D32焊接結構的激光沖擊延壽處理方法，結合數(shù)值分析和試驗研究了焊接結構表層質量和疲勞裂紋擴展性能在激光沖擊前后的變化規(guī)律，驗證了激光沖擊處理作為船用鋼D32新型焊后處理方法的可行性，探究了激光沖擊處理提高船用鋼D32焊接結構疲勞壽命的機

2、理。
　　本文的主要研究內容如下:
　　(1)以高應變率下沖擊動力學為基礎，闡釋了激光沖擊誘導金屬靶材表層殘余壓應力場的形成機理，以及激光沖擊誘導的沖擊波在靶材內部的傳播規(guī)律;在彈塑性動力學的基礎上，探討了沖擊波最佳峰值壓力的估算模型;從微觀角度，介紹了金屬疲勞斷裂機理，并分析了激光沖擊誘導的殘余壓應力與疲勞裂紋擴展性能之間的定性關系，為數(shù)值分析和試驗驗證提供理論支持。
　　(2)對船用鋼D32焊件的激光沖擊全過程進行

3、了數(shù)值分析，獲得了焊接溫度場和殘余應力場的演變規(guī)律，以及激光沖擊處理之后焊件殘余應力場的變化規(guī)律。結果表明:船用鋼D32焊件在焊縫及附近區(qū)域殘留著高峰值的殘余拉應力;激光沖擊能夠有效改善焊縫及附近區(qū)域的殘余拉應力場的分布，使其轉變?yōu)闅堄鄩簯?，并發(fā)現(xiàn)單點激光沖擊時產(chǎn)生的“殘余應力洞”現(xiàn)象。
　　(3)根據(jù)數(shù)值分析所得到的優(yōu)化參數(shù)，試驗研究了激光沖擊作用下船用鋼D32焊件表層質量的變化規(guī)律。試驗結果顯示:激光沖擊載荷下船用鋼D32焊

4、件各區(qū)域的顯微硬度都得到了一定程度的提高，焊縫及附近區(qū)域的焊接殘余拉應力場轉變?yōu)榱藲堄鄩簯?，?次沖擊和雙面沖擊的效果更佳。
　　(4)開展了激光沖擊前后船用鋼D32焊件的疲勞裂紋擴展試驗，從疲勞數(shù)據(jù)分析和宏微觀斷口形貌的角度，探究了激光沖擊對船用鋼D32焊件疲勞裂紋擴展性能的影響規(guī)律。試驗結果表明:焊件經(jīng)過激光沖擊之后，疲勞裂紋擴展壽命明顯延長，疲勞裂紋擴展速率顯著降低，疲勞裂紋擴展速率曲線對應的C值減小，而m值出現(xiàn)了小幅增