典型船用钢的激光除锈工艺与表面性能研究

作     者：王志歆 

作者单位：江苏科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：袁爱华

授予年度：2022年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0824[工学-船舶与海洋工程] 0802[工学-机械工程] 082401[工学-船舶与海洋结构物设计制造] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：激光除锈 耐腐蚀性能 船用钢板 残余应力 

摘      要：激光除锈技术是解决船用钢表面腐蚀的有效手段,随着绿色船舶制造发展,激光除锈的应用需求逐步提高。本文针对敞开区域的平面和焊缝处的除锈需求,以EH36与AH36船用钢为研究对象,系统研究激光除锈工艺及表面性能,重点研究激光能量密度和扫描速度等激光参数对耐腐蚀性能的影响规律。理论分析船用钢的激光除锈机理,实验测试表面微观形貌、氧含量、表面物相、粗糙度和电化学性能等表面改性规律,阐明激光参数对腐蚀性能的影响机理,在此基础上确定EH36钢及其焊缝区域的耐腐蚀性能最优的激光除锈工艺。针对AH36钢焊缝区域存在的残余应力导致性能衰减大的现实问题,具体研究激光除锈对AH36钢焊缝中残余应力的影响规律,以及表面硬度、拉伸等性能的变化规律。本文主要研究内容如下:（1）基于锈蚀成分特性与结构,根据锈蚀表面对激光吸收的作用机理,综合分析激光对锈蚀的去除机理与作用机制。通过建立锈蚀层吸收激光模型,得出锈层的汽化阈值为1.336 J/cm2,吸收过程中锈蚀层表面温度先升高后降低,基体温度低于锈蚀层温度。（2）实验研究纳秒脉冲激光器作用锈蚀EH36钢表面及焊缝区域的激光除锈工艺,测试表面微观形貌、氧含量、表面物相、粗糙度和电化学性能在不同激光参数下变化规律,研究激光能量密度和扫描速度对EH36钢耐腐蚀性能的影响,综合获得最佳激光除锈工艺参数,揭示船用钢耐腐蚀性能提高机理。结果表明:激光除锈技术明显提升EH36钢的敞开区域与焊缝区域的表面性能,表面氧含量与表面粗糙度较未清洗时明显降低,表面区域最佳清洗参数为激光能量密度2.546 J/cm2、扫描速度3000 mm/s,腐蚀电流密度较未清洗降低了57%。焊缝区域的最佳清洗参数为激光能量密度3.820J/cm2、扫描速度3500 mm/s,腐蚀电流密度较未清洗降低了85%。（3）实验研究锈蚀AH36钢的焊缝区域的激光除锈工艺,测试不同激光参数作用下样品表面形貌、金相形貌、硬度、拉伸性能等特性,具体研究激光除锈对AH36钢焊缝中残余应力的影响规律,以及表面硬度、拉伸性能等的变化规律。结果表明激光除锈后AH36钢焊缝硬度增大,拉伸性能变化不大,残余应力消除明显,最佳清洗参数为激光能量密度10.182 J/cm2、扫描速度2000 mm/s,焊缝中心位置应力较未清洗下降了38.1%,近母材区残余拉应力转变为压应力,焊缝整体强度提高。