激光沖擊作用下船用鋼D32焊件疲勞裂紋擴(kuò)展性能研究.pdf

1、在惡劣的海洋服役環(huán)境下，焊接殘余應(yīng)力是加速海工平臺和船舶中焊接結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)延壽的表面強(qiáng)化技術(shù)顯得意義重大。本文提出針對船用鋼D32焊接結(jié)構(gòu)的激光沖擊延壽處理方法，結(jié)合數(shù)值分析和試驗(yàn)研究了焊接結(jié)構(gòu)表層質(zhì)量和疲勞裂紋擴(kuò)展性能在激光沖擊前后的變化規(guī)律，驗(yàn)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(jié)構(gòu)疲勞壽命的機(jī)

2、理。
　　本文的主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)以高應(yīng)變率下沖擊動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)，闡釋了激光沖擊誘導(dǎo)金屬靶材表層殘余壓應(yīng)力場的形成機(jī)理，以及激光沖擊誘導(dǎo)的沖擊波在靶材內(nèi)部的傳播規(guī)律;在彈塑性動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)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(jī)理，并分析了激光沖擊誘導(dǎo)的殘余壓應(yīng)力與疲勞裂紋擴(kuò)展性能之間的定性關(guān)系，為數(shù)值分析和試驗(yàn)驗(yàn)證提供理論支持。
　　(2)對船用鋼D32焊件的激光沖擊全過程進(jìn)行

3、了數(shù)值分析，獲得了焊接溫度場和殘余應(yīng)力場的演變規(guī)律，以及激光沖擊處理之后焊件殘余應(yīng)力場的變化規(guī)律。結(jié)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(yīng)力;激光沖擊能夠有效改善焊縫及附近區(qū)域的殘余拉應(yīng)力場的分布，使其轉(zhuǎn)變?yōu)闅堄鄩簯?yīng)力，并發(fā)現(xiàn)單點(diǎn)激光沖擊時(shí)產(chǎn)生的“殘余應(yīng)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(yàn)研究了激光沖擊作用下船用鋼D32焊件表層質(zhì)量的變化規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)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(yīng)力場轉(zhuǎn)變?yōu)榱藲堄鄩簯?yīng)力場，且3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(kuò)展試驗(yàn)，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(kuò)展性能的影響規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明:焊件經(jīng)過激光沖擊之后，疲勞裂紋擴(kuò)展壽命明顯延長，疲勞裂紋擴(kuò)展速率顯著降低，疲勞裂紋擴(kuò)展速率曲線對應(yīng)的C值減小，而m值出現(xiàn)了小幅增