激光噴丸強(qiáng)化不銹鋼焊接接頭抗應(yīng)力腐蝕研究.pdf

1、不銹鋼焊接接頭的焊接殘余拉應(yīng)力為焊接構(gòu)件發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂提供了應(yīng)力來(lái)源。激光噴丸處理（也稱作激光沖擊處理）作為一種新型的激光表面強(qiáng)化技術(shù)，具有與傳統(tǒng)噴丸方法（玻璃噴丸、鑄鋼噴丸等）相同的強(qiáng)化原理，能夠改善焊接接頭殘余應(yīng)力的分布狀態(tài)，使焊接接頭表層形成殘余壓應(yīng)力層，從而破壞應(yīng)力腐蝕發(fā)生的必要條件，達(dá)到強(qiáng)化不銹鋼焊接接頭抗應(yīng)力腐蝕性能的目的。因此，論文選用304 奧氏體不銹鋼進(jìn)行激光噴丸強(qiáng)化處理，通過(guò)數(shù)值模擬和試驗(yàn)分析的方法，研究激光噴丸處

2、理對(duì)304 不銹鋼焊接接頭應(yīng)力腐蝕敏感性的影響。 論文所做的主要工作和研究結(jié)果如下： （1 ）在研究高功率密度（GW/cm 2 量級(jí)）、短脈沖（ns 量級(jí)）激光束與靶材相互作用的基礎(chǔ)上，分析了能量轉(zhuǎn)換體（包括能量吸收涂層和約束層）對(duì)激光誘導(dǎo)沖擊波幅值以及演化過(guò)程的影響。試驗(yàn)研究表明：激光噴丸處理后304 不銹鋼試樣的表面質(zhì)量和能量吸收涂層的厚度、涂抹均勻度有緊密地聯(lián)系。另外，利用PVDF 壓電傳感器動(dòng)態(tài)測(cè)量了激光誘導(dǎo)沖擊

3、波的壓力幅值 — 時(shí)間曲線，曲線呈準(zhǔn)高斯形式分布，沖擊波脈寬是激光脈寬的3 倍左右。 （2 ）通過(guò)X 射線應(yīng)力分析儀測(cè)量了激光噴丸處理后304 不銹鋼試樣以及304不銹鋼焊接試樣處理區(qū)表面的殘余應(yīng)力，測(cè)量結(jié)果表明：激光束匯聚成圓形光斑沖擊試樣表面后，沖擊區(qū)殘留很高的壓應(yīng)力，殘余壓應(yīng)力的影響范圍不僅在沖擊區(qū)以內(nèi)，還可以延伸到?jīng)_擊區(qū)外圍，并且激光脈沖能量越高，形成的殘余壓應(yīng)力值也越高，但是在激光光斑中心存在應(yīng)力削弱效應(yīng)，即“殘余應(yīng)力

4、洞”現(xiàn)象。 （3 ）觀察激光噴丸處理后試樣的表面形貌、顯微硬度以及材料微觀組織結(jié)構(gòu)的變化，發(fā)現(xiàn)：試樣表層在高強(qiáng)沖擊波加載下發(fā)生塑性變形等一系列的變化，塑性變形的大?。次伎拥纳顪\）可以直觀反映出疊加沖擊處理的強(qiáng)化效果要優(yōu)于單次沖擊處理。并且在試樣表面加工光潔度不是很高的情況下，激光沖擊可以顯著降低試樣處理區(qū)的表面粗糙度，另外，激光噴丸處理能夠使不銹鋼焊接試樣表層形成密集、穩(wěn)定的位錯(cuò)結(jié)構(gòu)，使處理后的焊縫區(qū)域的表面硬度有所提高，基

5、本達(dá)到了母材的硬度水平。 （4 ）建立了能模擬材料激光噴丸過(guò)程中彈塑性應(yīng)力波傳遞以及殘余應(yīng)力場(chǎng)分布的有限元分析模型，考慮了304 不銹鋼在高應(yīng)變率（10 6 s -1 ）下的力學(xué)性能和激光誘導(dǎo)沖擊波的精確加載，預(yù)測(cè)了304 不銹鋼厚、薄靶材經(jīng)激光單點(diǎn)、多點(diǎn)沖擊后表面以及內(nèi)部的殘余應(yīng)力場(chǎng)分布，分析了激光功率密度、激光光斑尺寸、激光脈寬、激光沖擊次數(shù)、激光單面/雙面沖擊、搭接沖擊、間隔沖擊等激光噴丸參數(shù)以及初始?xì)堄嗬瓚?yīng)力等因素對(duì)靶材

6、殘余應(yīng)力分布的影響。有限元模擬結(jié)果與X 射線衍射測(cè)量得到的殘余壓應(yīng)力場(chǎng)的分布規(guī)律基本一致，數(shù)值比較接近。有限元分析結(jié)果為進(jìn)一步探討激光噴丸強(qiáng)化304 不銹鋼焊接接頭抗應(yīng)力腐蝕性能的機(jī)理提供了基礎(chǔ)。 （5 ）采用濃度42％的沸騰MgCl2 溶液作為腐蝕環(huán)境進(jìn)行應(yīng)力腐蝕加速試驗(yàn)，分析了未經(jīng)激光噴丸處理的304 不銹鋼焊接試樣和經(jīng)不同激光光斑覆蓋率處理的304 不銹鋼焊接試樣的應(yīng)力腐蝕開裂敏感性。試驗(yàn)結(jié)果表明：未經(jīng)處理的焊接試樣25