纳秒脉冲激光冲击焊接接头抗应力腐蚀机理研究

Stress corrosion crack is one of the major damages during the aeronautical weldment which severely affect its reliability and safety. Nano-pulse laser shock peening is a new effective stress corrosion resistance technology developed by foreign countries in recent years. The core of the technology is blocked to foreign countries. Some researches on it have been conducted in china, but without the couple of the residual stress field , the distribution of the residual stress near the weld head and its influence on the stress corrosion, it is difficult to carry out the process control. Aeronautical alloy steel welding joint is used as the research sample in this project. The focuses of the research are as follows: The distribution of the residual stress field and optimization on the weld joint after peenging by the laser shock; the evolution of the weld area microstructure after laser shock; the mechanism of the influence by the microstructure and residual stress on the stress corrosion. The research is to control the stress corrosion under the laser shock，and provide theoretical analysis and supporting data to solve the welding joint stress corrosion.

应力腐蚀开裂问题是航空焊件常见的主要破坏形式之一，严重影响其安全可靠性，纳米脉冲激光冲击强化是近年来国外发展起来的一种新型有效的抗应力腐蚀技术，但是其核心技术对外封锁，国内开展了一些研究，但由于没有掌握这种方法形成的与焊接过程形成的残余应力场的耦合、焊缝区形成的残余应力的分布规律及其对应力腐蚀的影响，难以实现工艺上的控制，从而无法掌握这门技术。本申请项目拟以航空合金钢焊接接头为研究对象，研究焊接接头材料在激光冲击强化处理后的残余压应力场的分布规律及其优化，研究激光冲击作用下焊区组织的演化，以及焊区激光冲击强化产生的应力分布和微观组织共同作用影响应力腐蚀的机理。实现激光冲击波作用下的应力腐蚀控制，为激光冲击强化技术的应用于解决焊接接头应力腐蚀问题提供理论分析和数据支持。

应力腐蚀是焊件常见的主要破坏形式之一，严重影响其安全可靠性能，提高焊接构件的抗应力腐蚀性能，防止出现裂纹和扩展在焊接结构的设计和使用中具有十分重要的意义。本项目针对焊接接头不均匀残余应力场和应力腐蚀的难题，采用模拟仿真、理论研究和试验测试的方法研究了激光冲击波与焊接过程形成的残余拉应力场耦合及其形成的残余压应力场的分布规律，激光冲击作用下焊区组织的演化，以及焊接激光冲击强化产生的应力分布和微观组织共同作用影响应力腐蚀的机理。. 项目基于有限元模型，模拟仿真了不同冲击方式下激光诱导冲击波与焊接过程形成的残余拉应力场耦合后应力场分布，采用不锈钢焊接接头激光冲击强化实验获得实际的残余应力分布，对模型进行了修正，采用试验测试和数值仿真相结合的方法，建立了激光冲击焊接接头的仿真计算模型，获得了激光冲击不锈钢焊接构件的残余应力场的分布规律；根据应力分布规律，对不锈钢焊接接头进行不同工艺参数条件下的激光冲击强化，研究了焊接接头的焊缝、热影响区和基体的微观组织结构演化规律，揭示了焊接接头微观组织的变化规律，在此基础上，开展了电化学和应力腐蚀等试验，研究结果表明，激光冲击强化可以延长腐蚀时间，提高抗拉强度和断裂功，提高焊接接头的抗应力腐蚀性能，结合焊接接头的应力分布规律和微观组织特征，提出了不锈钢焊接接头激光冲击强化抗应力腐蚀机理。. 项目研究有关成果获军队科技进步三等奖一项；申请国家发明专利2项，发表学术论文11篇，SCI检索3篇，EI检索5篇；培养博士研究生1人。. 项目的研究建立了激光冲击不锈钢焊接接头模拟仿真模型，获得了不同激光冲击参数下焊接接头的应力分布规律和微观组织演化，为焊接构件的激光冲击强化工艺优化奠定良好的基础，为纳秒脉冲激光冲击焊接接头抗应力腐蚀的应用提供了方法和技术支持。