激光沖擊對電火花堆焊修復(fù)件的影響及有限元模擬.pdf

1、本文主要是針對激光沖擊技術(shù)在表面裂紋修復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用研究。所選試樣為SiCp／Cu復(fù)合材料,在其表面預(yù)制裂紋,利用高能微弧電火花技術(shù)對其進(jìn)行電火花堆焊修復(fù),采用激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)對經(jīng)電火花堆焊修復(fù)后的試樣的焊縫區(qū)進(jìn)行沖擊處理。重點(diǎn)研究了激光沖擊處理對堆焊修復(fù)件表層殘余應(yīng)力、硬度以及抗拉強(qiáng)度的影響。并利用有限元軟件ANSYS和相關(guān)理論對其整個(gè)過程進(jìn)行了數(shù)值模擬,以期能更好的對這一過程進(jìn)行控制和參數(shù)優(yōu)化,主要研究結(jié)果如下:
　　 焊縫區(qū)

2、域、熱影響區(qū)域和基體殘余應(yīng)力經(jīng)激光沖擊處理都有明顯的改善,焊縫區(qū)殘余拉應(yīng)力有效減少或消除。堆焊后試樣表面最大殘余拉應(yīng)力41.2MPa,經(jīng)一次沖擊后最大殘余拉應(yīng)力降低至36.8MPa,兩次沖擊后的最大殘余拉應(yīng)力降低至-3.9MPa。
　　 激光沖擊強(qiáng)化能提高堆焊焊縫及周圍區(qū)域表面顯微硬度,一次沖擊后沖擊區(qū)中心材料表面的顯微硬度較未沖擊時(shí)增大12.5％,兩次疊加沖擊后的顯微硬度較一次沖擊后增加約12.5％。而且經(jīng)激光沖擊處理后堆焊焊

3、縫及周圍表面顯微硬度的分布更加平緩、均勻。
　　 經(jīng)電火花修復(fù)后試樣的抗拉強(qiáng)度要低于原始試樣,但經(jīng)激光單面覆蓋沖擊一次、兩次后,其抗拉強(qiáng)度值都高于原始試樣,顯示出激光沖擊強(qiáng)化對于提高抗拉強(qiáng)度的效果。
　　 采用有限元分析軟件ANSYS模擬電火花堆焊焊接過程,計(jì)算得出了焊接殘余應(yīng)力場的分布。焊縫區(qū)存在橫向殘余拉應(yīng)力,最大拉應(yīng)力值為49.89Mpa。隨著離焊縫中心距離增大,拉應(yīng)力急劇減小,在熔合線附近產(chǎn)生最大壓應(yīng)力,其值為6

4、2.73Mpa。隨著距離的增加,逐漸遠(yuǎn)離熱影響區(qū),試樣表面殘余應(yīng)力趨向于零。再在此基礎(chǔ)上,利用ANSYS／LS-DYNA軟件,進(jìn)行了激光沖擊堆焊焊縫表面的有限元模擬。模擬結(jié)果顯示:單次激光沖擊強(qiáng)化后,焊縫表層殘余應(yīng)力分布狀況有所改善。焊縫區(qū)的殘余拉應(yīng)力有所降低,最大拉應(yīng)力值降低為36.71MPa。二次沖擊后,焊接殘余拉應(yīng)力得到了消除,在沖擊區(qū)產(chǎn)生壓應(yīng)力,即在沖擊波造成的塑性層中存在著殘余壓應(yīng)力。模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合,這為有限元軟件能