激光噴丸強化不銹鋼焊接接頭抗應力腐蝕研究.pdf

1、不銹鋼焊接接頭的焊接殘余拉應力為焊接構(gòu)件發(fā)生應力腐蝕開裂提供了應力來源。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）相同的強化原理，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，從而破壞應力腐蝕發(fā)生的必要條件，達到強化不銹鋼焊接接頭抗應力腐蝕性能的目的。因此，論文選用304 奧氏體不銹鋼進行激光噴丸強化處理，通過數(shù)值模擬和試驗分析的方法，研究激光噴丸處

2、理對304 不銹鋼焊接接頭應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）、短脈沖（ns 量級）激光束與靶材相互作用的基礎上，分析了能量轉(zhuǎn)換體（包括能量吸收涂層和約束層）對激光誘導沖擊波幅值以及演化過程的影響。試驗研究表明：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 壓電傳感器動態(tài)測量了激光誘導沖擊

3、波的壓力幅值 — 時間曲線，曲線呈準高斯形式分布，沖擊波脈寬是激光脈寬的3 倍左右。 （2 ）通過X 射線應力分析儀測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)表面的殘余應力，測量結(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)殘留很高的壓應力，殘余壓應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，形成的殘余壓應力值也越高，但是在激光光斑中心存在應力削弱效應，即“殘余應力

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、本達到了母材的硬度水平。 （4 ）建立了能模擬材料激光噴丸過程中彈塑性應力波傳遞以及殘余應力場分布的有限元分析模型，考慮了304 不銹鋼在高應變率（10 6 s -1 ）下的力學性能和激光誘導沖擊波的精確加載，預測了304 不銹鋼厚、薄靶材經(jīng)激光單點、多點沖擊后表面以及內(nèi)部的殘余應力場分布，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)以及初始殘余拉應力等因素對靶材

6、殘余應力分布的影響。有限元模擬結(jié)果與X 射線衍射測量得到的殘余壓應力場的分布規(guī)律基本一致，數(shù)值比較接近。有限元分析結(jié)果為進一步探討激光噴丸強化304 不銹鋼焊接接頭抗應力腐蝕性能的機理提供了基礎。 （5 ）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，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力腐蝕開裂敏感性。試驗結(jié)果表明：未經(jīng)處理的焊接試樣25