不銹鋼焊縫激光沖擊強化試驗研究與有限元仿真分析.pdf

1、不銹鋼焊接產生的殘余應力是影響構件使用壽命的主要因素之一。激光沖擊處理作為一種新型的表面強化技術，能夠改善焊接接頭殘余應力的分布狀態(tài)，使焊接接頭表層形成殘余壓應力層，提高不銹鋼焊縫的使用壽命，達到強化不銹鋼焊接接頭的目的。選用AISI202奧氏體不銹鋼進行激光噴丸強化處理，通過仿真模擬和試驗分析的方法，研究激光沖擊處理對不銹鋼焊縫殘余應力場的影響。
　　 (1)闡述了激光沖擊波誘導殘余應力場的形成過程及沖擊波在材料中的傳播機理。

2、根據彈塑性動力學、沖擊波理論，探討了激光沖擊波的Fabbro半理論模型和段志勇修正模型，得到激光沖擊波理論壓力-時程曲線，為有限元仿真奠定理論基礎。
　　 (2)進行了不銹鋼薄板對接焊和不銹鋼焊縫激光沖擊試驗，并對沖擊前后的試樣進行殘余應力測試和顯微組織分析。研究表明：激光沖擊處理后沖擊區(qū)表層出現很高的殘余壓應力，其影響范圍不僅在沖擊區(qū)以內，而且延伸到沖擊區(qū)外圍，但是在激光光斑中心存在應力削弱效應，即“殘余應力洞”現象。金屬材料

3、在應力波高壓作用下發(fā)生塑性變形而形成微凹坑，塑性變形的大小反映出搭接沖擊處理的強化效果要優(yōu)于單次沖擊處理。激光沖擊后材料表層組織出現高密度位錯，奧氏體形核數目急劇增多，在發(fā)生馬氏體轉變時，形成微細隱針狀馬氏體組織；相同參數下，搭接沖擊處理后組織進一步細化，馬氏體相增多，位錯密度增加，沖擊區(qū)沖擊效果得到加強。
　　 采用濃度42％的沸騰MgCl2溶液作為腐蝕環(huán)境進行應力腐蝕加速試驗，以驗證激光沖擊處理對焊接試樣表層應力的影響。研究

4、表明：激光沖擊處理能夠提高不銹鋼焊接試樣抗應力腐蝕開裂的能力，達到強化不銹鋼焊接接頭的目的；激光光斑搭接率越高，不銹鋼焊接試樣在氯化物溶液中產生宏觀裂紋的時間越長。
　　 (3)以ANSYS和ANSYS/LS-DYNA為平臺，建立了不銹鋼激光焊接和激光沖擊強化的有限元分析模型，依次進行了激光焊接溫度場、激光焊接應力場、激光沖擊應力場的仿真分析。激光焊接應力場的仿真以焊接溫度場得到的節(jié)點溫度作為體載荷，而激光沖擊應力場的仿真以焊接