激光冲击处理在核工业焊接结构上的应用

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1、RESEARCH学术论文激光冲击处理在核工业焊接结构上的应用AppⅡcationofLaserPeeningonWeldStructureNuclearIndustry中航工业北京航空制造工程研究所宋巍邹世坤曹子文[摘要】概述了国外激光冲击处理技术在核工业焊接材料结构上的应用情况，并介绍了国内在核工业不锈钢等材料焊缝激光冲击处理上的一些研究。根据日本东芝公司无吸收层激光冲击强化处理反应堆压力容器的特点，展望了焊接区激光冲击处理在我国核电技术发展上的应用前景，指出我国在核电站建设中如何利用激光冲击处理技术延缓设备老化和应力腐蚀开裂的问题。关键词：激光冲击处理表面强化核工业焊接区抗应力腐蚀裂纹【

2、ABSTRACT】AsanoVelsurfacestrengtheningtechnology，laserpeening(1asershockprocessing)usesin—tensepulselasertoproduceshockwaVesonmetalsurf．ace，whichinducesstrainhardeninginthesurfaceofmetal-Inthispaper，meapplicationof1aserpeeningonweldstruc-turesissummarized，ciVilresearchworksonlaserpeeningweldzonesare

3、alsoin仃oduced．Accordingtothecharacte卜isticsoflaserpeeningwithoutabsorbing1ayerinTOSHI-BAcorporation，themtureapplicationoflaserpeeninginnuclearplantsinChinaisexpected，someideasofhowtouselaserpeeningpreVentSCCandaginginnuclearequip—mentsispresented．Keywords：LaserpeeningSurfacestrengthenNuclearindustr

4、yWeldzoneAn6-SCC焊接结构广泛用于压力容器、管道等结构件中，在每年的压力容器与管道国际会议上(PressureVesselandPipe，PVP)上，对这些结构的抗应力腐蚀开裂性能研究一直是相关研究人员关注的方向。特别是对于大量使用的不锈钢结构，由于在熔焊过程存在化学成分和应力状态的改变，导致其焊缝在液体腐蚀介质环境中成为疲劳和腐蚀薄弱环节。压力容器与管道往往在静态环境下使用，其破坏主要由应力腐蚀导致，因此关键是提高焊缝的抗应力腐蚀性能。而发生应力腐蚀开裂的必要条件是要有拉应力(不论是残余应力还是外加应力，或者两者兼而有之)和特定的腐蚀介质，裂纹的形成和扩展大致与拉应力方向垂直

5、。导致应力腐蚀开裂的应力值要比没有腐蚀介质存在时材料断裂所需要的应力值小得多。因此，改变焊缝表面应力状态，获得表面残余压应力的后续处理工艺十分重要。目前常用的喷丸、超声冲击强化有时很难在压力容器、管道内部进行。激光冲击处理(LaserShockProcessing)由于不引入外来介质，具有激光传输灵活，强化后可保持很好的表面状态以及较深的残余压应力等特点，在焊接结构上的应用得到了较快发展。激光冲击处理是利用强脉冲激光导致的冲击波在金属材料表层产生塑性应变，获得表面残余压应力从而提高结构疲劳性能的表面强化技术。由于激光冲击处理的强化原理类似喷丸，因此也称作激光喷丸(LaserShockPeen

6、ing／LaserPeening)。激光冲击处理由于在光学传输和强化位置的控制上具有很好的灵活性，因此在内部空间受限的一些压力容器、管道等焊接结构上应用，具有很好的技术优势。1国内外激光冲击处理技术研究与应用1．1国外激光冲击处理技术研究与应用激光冲击处理早期的研究主要是针对铝合金焊接接头进行，但一直没有实质性的应用。随着搅拌摩擦焊的应用研究，美国开展了针对铝合金搅拌摩擦焊接头的激光冲击处理工艺研究，主要是为了降低焊接结构表面的残余拉应力和解决组织软化问题，以改善其疲劳和耐腐蚀性能。针对2195铝合金搅拌摩擦焊接头激光冲击处理工艺研究表明：搅拌摩擦焊接头激光冲击后疲劳强度接近没有焊接的母材，

7、在190MPa载荷下激光冲击后疲劳寿命提高幅度是未强化或喷丸强化焊缝的2倍以上⋯。目前，“搅拌摩擦焊+激光冲击处理”的技术已被美国用在部分航空、航天器结构上。最早将激光冲击处理用在军用发动机结构上的是美国LSP技术公司，而美国大型跨国公司MIC公司巧妙地在以前喷丸强化技术应用场合引入激光冲击处理技术，形成了Trent系列商用发动机激光冲击处理应用市场，强化钛合金叶片表面、榫头等关键疲劳部位，在表面产生压应力并