超声冲击改善奥氏体不锈钢表面状态的数值分析

谭伟 杨新俊 周新 夏强

（江苏省特种设备安全监察检验研究院常熟分院）

应用研究

超声冲击改善奥氏体不锈钢表面状态的数值分析

谭伟*杨新俊 周新 夏强

（江苏省特种设备安全监察检验研究院常熟分院）

基于Johnson-Cook方程建立超声冲击处理的三维有限元模型，研究超声冲击处理奥氏体不锈钢S30408的动力学过程，分析覆盖率、搭接率、冲击次数对表层残余应力分布、塑性变形及形貌的影响。结果表明，覆盖率的增加提高了冲击处理后材料表面的压应力值，同时降低了冲击坑边缘的最大拉应力值。进一步增加覆盖率无法消除表面的残余压应力高值区域，但是通过提高冲击处理的搭接率可以有效地降低材料的表面拉应力，从而显著提高处理后S30408材料的表面质量。

超声冲击 有限元 残余应力 不锈钢 覆盖率 搭接率

0 前言

焊接接头是金属设备构件中的薄弱环节，焊接接头的应力腐蚀开裂 （SCC）是焊接接头失效的主要形式之一。以不锈钢焊接接头为例，在石油化学工业中，其应力腐蚀开裂事故约占湿态腐蚀损坏事故的40%～60%[1]。每年由于焊接接头应力腐蚀开裂所带来的经济和社会损失十分巨大。

作为一种表面强化处理工艺，超声冲击处理因其快速、高效、绿色无污染等特点，在对时间、费用、环境和强化效果要求比较高的情况下 （如大型化工压力容器设备的高处作业、制造及维修等），显示出明显的优势[2]。焊接接头表面经超声冲击强化处理后产生极为强烈的塑性变形，使表层焊接残余应力从原先的拉应力状态转变为压应力状态，可有效阻止应力腐蚀开裂的发生，从而大大提高焊接构件的抗应力腐蚀能力[3]。……