激光冲击随焊自适式控制船用厚板焊接变形和抗裂性能的方法和机理研究

针对深海船用厚板焊接接头残余应力与变形，及焊接裂纹引起的疲劳和后续破坏等威胁性失效形式，提出随焊激光诱导冲击强化厚板焊接结构及性能调控新方法。以40mm以上厚钢板焊接接头为研究对象，系统研究激光冲击波力学特性、随焊激光冲击强化接头工艺与控制及超高应变率下强韧化机制的科学问题。探索激光冲击力的时空分布和演变规律，建立接头冲击强化模型；研制随焊激光冲击装置，开展激光冲击参数对不同焊态典型厚板接头抗疲劳性能、应力、变形和接头局部区域微观结构影响规律的研究，建立典型加载条件下的冲击和工艺优化参数库；从宏观-细观-微观层次，结合冲击接头微细观组织性能、应力分析、模拟和宏观疲劳试验，揭示超高应变率下激光冲击焊接接头抗疲劳扩展及开裂的力作用机理和强韧化机制，寻求激光加载下的厚板焊接结构疲劳性能表征和疲劳设计规范，实现厚板焊接接头抗疲劳性能和变形的主动控制，丰富超高应变率下强韧化机制和抗疲劳断裂机理。

针对船用厚板焊接接头残余应力与变形，及焊接裂纹引起的疲劳和后续破坏等威胁性失效形式，项目提出随焊激光诱导冲击强化厚板焊接结构及性能调控新工艺方法。围绕激光冲击波力学特性、超高应变率下强韧化和延寿机理、随焊激光冲击强化接头工艺与控制进行了深入研究。通过探索激光与材料的作用机制，获得激光冲击力的时空分布和演变规律，建立接头冲击强化模型；从宏观-微观层次，结合冲击接头组织性能、应力分析、模拟和宏观疲劳试验，探索激光冲击作用下焊接接头局部区域晶内-晶间变形机制和裂纹抑制的动态演变过程，分析焊接接头冲击抗疲劳扩展及开裂的力作用机理，揭示超高应变率下激光冲击焊接接头抗疲劳扩展及开裂的力作用机理和强韧化机制，实现厚板焊接接头抗疲劳性能和变形的主动控制，丰富超高应变率下强韧化机制和抗疲劳断裂机理，并提出了多层多道焊区域的分区理论及区域划分实施方法；研究了具有自主知识产权的激光随焊冲击厚板焊接结构试验装置，并开展了系统实验研究，揭示了激光冲击参数对不同焊态典型厚板接头抗疲劳性能、应力、变形和接头局部区域微观结构的影响规律，获得了优化冲击工艺参数；项目的研究成果拓展到压力容器、管道等应用领域。项目已发表论文25篇（2篇SCI刊源、8篇EI检索源，ISTP2篇，中文核心期刊18），申请发明专利13件，PCT国际专利1件，授权发明专利4件和实用新型1件，软件著作权1件。获得中国石油和化学工业联合会科技进步三等奖。培养硕士生11人，博士1人，硕士毕业10人。国际会议交流6人次。