液化天然气(LNG)是一种优质、高效和经济的清洁能源,开发LNG汽车成为人们普遍认可的有效的节能减排措施,同时推动了配套的LNG加气站的发展和推广应用。但是LNG加气站中不锈钢低温泵气蚀问题严重影响加气站的稳定运行,针对该现状,结合本课题组长期从事激光冲击波强化研究成果,本文提出采用激光冲击波强化技术改善撬装式LNG加气站成套装备中不锈钢焊接件抗气蚀性能,并从光纤激光焊接工艺参数的选择、激光冲击处理对不锈钢焊接件抗气蚀性能的影响规律和微观机理、激光冲击不锈钢焊接件抗气蚀电化学腐蚀性能的影响、以及激光冲击波强化与气蚀微射流应力场分布情况的模拟分析这四个方面开展研究,获得了如下主要进展和创新成果：(1)进行了304奥氏体不锈钢激光焊接工艺研究,获得了不锈钢焊接件的最优光纤激光焊接工艺参数：基于正交试验,对奥氏体不锈钢厚板进行光纤激光焊接,研究光纤激光功率、离焦量和焊接速度等激光焊接工艺参数对焊接件质量的影响,获得了最优光纤激光焊接工艺参数组合：4000W光纤激光功率,-3mm离焦量和35mm/s焊接速度,同时从微观形貌和力学性能加以验证该组参数的可行性。与CO2和Nd:YAG不锈钢焊接件相比,光纤不锈钢焊接件的焊缝区和热影响区宽度很小,焊缝区中间出现了残余压应力,在焊缝区和母材交界处出现了最大残余拉应力,相比之下光纤不锈钢焊接件的残余拉应力幅值最小。另外,光纤不锈钢焊接件的显微硬度和拉伸性能最高。揭示了光纤激光焊接过程中晶粒演变过程,焊缝区的微观组织明显不同于其他区域。(2)开展了304奥氏体不锈钢焊接件抗气蚀强化工艺与微观机理研究,获得了激光冲击处理对不锈钢焊接件抗气蚀性能的影响规律以及激光冲击焊接件抗气蚀性能的强化机理：气蚀后,焊缝区和热影响区表面被破坏,出现起伏组织。采用激光冲击处理不锈钢焊接件,随着激光冲击波强化脉冲能量的增加,马氏体强度相对提高、马氏体剥落得到抑制,表面和横截面硬度增加,累积质量损失和表面气蚀破坏面积减小。这是由于经激光冲击波强化后,马氏体晶粒细化,不锈钢焊接件气蚀后表面起伏组织变浅变疏,表面裂纹萌生和扩展得到抑制,因此激光冲击波强化能够提高不锈钢焊接件抗气蚀性能。另外,热影响区更容易遭受气蚀破坏,热影响区表面气蚀形貌与焊缝区不同,焊缝区气蚀后出现的起伏组织呈现枝状晶形念,而热影响区起伏组织则是普通形态。经激光冲击波强化后表面形貌气蚀破坏程度得到缓解,主要原因在于激光冲击波强化使不锈钢焊接件产生塑性变形,在此过程中晶粒细化并且滑移系增加。(3)探索了304奥氏体不锈钢焊接件抗气蚀电化学腐蚀工艺,获得了激光冲击波强化前后不锈钢焊接件腐蚀疲劳性能的变化规律：经激光冲击波强化后,不锈钢焊接件焊缝区和热影响区中的残余拉应力转变为残余压应力,最大残余压应力值出现在各区域表面,且焊缝区残余压应力值高于热影响区。材料内部晶粒细化,产生塑性变形,出现许多显微台阶,滑移系变多变密。气蚀后,与未经激光冲击处理的不锈钢焊接件相比,经激光冲击处理得到的焊缝区和热影响区表面气蚀粗糙度降低,且焊缝区表面粗糙度小于热影响区。激光冲击波强化后,在质量分数为3.5wt.%的NaCl腐蚀介质中,不锈钢焊接件抗气蚀电化学腐蚀性能增强,主要表现为自腐蚀电位增加且腐蚀电流降低,极化曲线出现了明显的钝化区。焊缝区点蚀坑的分布与尺寸均匀,点蚀坑尺寸减少。热影响区的气蚀电化学腐蚀形貌与焊缝区不同,原先片状分布的大腐蚀坑变小变浅。(4)对比研究了激光冲击波强化与气蚀微射流应力场理论,计算出气蚀空泡生长溃灭全过程的脉动曲线,模拟分析了激光冲击波强化对不锈钢内部应力分布和气蚀微射流对材料的影响规律：基于激光冲击诱导产生的冲击应力波在奥氏体不锈钢有限元模型中传播得到的Von Mises)应力、残余应力各方向分量以及强度理论应力分布云图,发现激光冲击波强化后,由于塑性波加载,当应力值超过动态屈服强度时,深度方向上就会发生更大程度的塑性变形。高幅值的残余应力出现在近表层区域,激光冲击波强化工艺参数决定了残余应力的影响层深度,对奥氏体不锈钢机械性能的改善起到了关键作用.选择对气蚀中单个球形空泡在无穷域静止流体中的平衡进行分析,推导得出气蚀主要与汽化压力有关,因此在撬装式LNG加气站中更易发生气蚀现象。气蚀空泡生长溃灭全过程阶段呈现类似正弦的脉动曲线,溃火阶段则是更明显的阻尼振荡模式。研究气蚀空泡溃火产生的微射流对奥氏体不锈钢表面的影响,获得奥氏体不锈钢内部Von Mises应力和各主应力分布云图,发现空泡溃灭产生的微射流应力趋势与激光冲击波强化诱导的应力场类似,但流场作用在材料表面出现的应力值远远小于激光冲击波强化诱导下的应力幅值,不足以使材料发生塑性变形产生细化晶粒,对材料的机械性能起不到明显增强的效果,所以经激光冲击处理的材料内部出现的残余压应力层可归功于高幅值激光脉冲的诱导效应。