不銹鋼焊縫激光沖擊強(qiáng)化試驗(yàn)研究與有限元仿真分析.pdf

1、不銹鋼焊接產(chǎn)生的殘余應(yīng)力是影響構(gòu)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(qiáng)化技術(shù)，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，提高不銹鋼焊縫的使用壽命，達(dá)到強(qiáng)化不銹鋼焊接接頭的目的。選用AISI202奧氏體不銹鋼進(jìn)行激光噴丸強(qiáng)化處理，通過仿真模擬和試驗(yàn)分析的方法，研究激光沖擊處理對不銹鋼焊縫殘余應(yīng)力場的影響。
　　 (1)闡述了激光沖擊波誘導(dǎo)殘余應(yīng)力場的形成過程及沖擊波在材料中的傳播機(jī)理。

2、根據(jù)彈塑性動力學(xué)、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(shí)程曲線，為有限元仿真奠定理論基礎(chǔ)。
　　 (2)進(jìn)行了不銹鋼薄板對接焊和不銹鋼焊縫激光沖擊試驗(yàn)，并對沖擊前后的試樣進(jìn)行殘余應(yīng)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(xiàn)很高的殘余壓應(yīng)力，其影響范圍不僅在沖擊區(qū)以內(nèi)，而且延伸到?jīng)_擊區(qū)外圍，但是在激光光斑中心存在應(yīng)力削弱效應(yīng)，即“殘余應(yīng)力洞”現(xiàn)象。金屬材料

3、在應(yīng)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(qiáng)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(xiàn)高密度位錯(cuò)，奧氏體形核數(shù)目急劇增多，在發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)，形成微細(xì)隱針狀馬氏體組織；相同參數(shù)下，搭接沖擊處理后組織進(jìn)一步細(xì)化，馬氏體相增多，位錯(cuò)密度增加，沖擊區(qū)沖擊效果得到加強(qiáng)。
　　 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)，以驗(yàn)證激光沖擊處理對焊接試樣表層應(yīng)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(yīng)力腐蝕開裂的能力，達(dá)到強(qiáng)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(chǎn)生宏觀裂紋的時(shí)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(qiáng)化的有限元分析模型，依次進(jìn)行了激光焊接溫度場、激光焊接應(yīng)力場、激光沖擊應(yīng)力場的仿真分析。激光焊接應(yīng)力場的仿真以焊接溫度場得到的節(jié)點(diǎn)溫度作為體載荷，而激光沖擊應(yīng)力場的仿真以焊接