[發明專利]一種抗應力腐蝕開裂的超聲沖擊處理工藝

有效

• 申請號: 200910025630.3
• 申請日: 2009-03-03
• 公開（公告）號: CN101492759A
• 公開（公告）日: 2009-07-29
• 發明（設計）人: 凌祥;馬剛
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: C21D1/09
• 分類號: C21D1/09;C21D9/50
• 代理公司: 南京知識律師事務所
• 代理人: 樊文紅

技術領域

本發明的超聲沖擊處理工藝涉及一種提高焊接接頭抗應力腐蝕開裂性能的超聲沖擊處理工藝。

背景技術

在石油化工、紡織、造紙、原子能、醫藥、宇宙航行以及海洋開發等使用不銹鋼的部門中，在焊接接頭附近發生的應力腐蝕開裂事故約占濕態腐蝕損壞事故的47％。大量研究結果表明，焊接殘余拉應力的存在是導致奧氏體不銹鋼焊接接頭應力腐蝕開裂的主要因素之一。

超聲沖擊處理是一種較理想的消除焊接殘余拉應力的方法。超聲沖擊裝置由超聲波發生器及執行機構兩部分組成：通過超聲波發生器將電網上50Hz工頻交流電轉變成超聲頻的20kHz交流電，用以激勵聲學系統的換能器。超聲沖擊處理方法是將超聲沖擊槍對準試件待處理區域，且基本垂直于工件表面；沖擊頭的沖擊針陣列沿焊縫方向排列；略施壓力，使其基本在沖擊槍自重的條件下，進行沖擊處理。通過針頭高速沖擊焊接接頭表面，使其發生塑性變形，并且形成一定厚度的殘余壓應力層。該處理方法具有強化效果顯著、操作方便、成本低廉、環保以及適應性好等許多優點。

目前國內外已經將超聲沖擊處理應用于改善焊接接頭疲勞性能和冷裂紋的抑制等方面，但在提高焊接接頭抗應力腐蝕性能方面，還沒有運用超聲沖擊處理工藝。

發明內容

本發明的目的是針對上述問題，提出一種超聲沖擊處理工藝，用于改善不銹鋼焊接接頭應力腐蝕開裂性能。

實現本發明目的的技術方案是：一種抗應力腐蝕開裂的超聲沖擊處理工藝，包括下列步驟：

1、對待處理的工件表面進行清潔處理，除去所有灰土、水垢和包覆物；

2、將超聲沖擊槍對準待處理區域，待處理區域包括焊縫以及焊縫兩側熱影響區，熱影響區寬度為焊縫寬度的2～3倍；通過換能器將電能轉換為機械能，超聲沖擊頻率為20KHz，將超聲沖擊槍垂直于被處理工件表面，利用針頭高速撞擊確定的焊縫處理區域，沖擊處理覆蓋率達到50％以上；

3、采用X射線衍射儀對工件表面進行檢測，焊接工件表面的殘余應力是壓應力，應力值遠遠小于其工件發生應力腐蝕開裂的門檻值，并且在工件表面形成一定厚度的硬化層，處理完成。

所述步驟2中，選擇針頭硬度大于被處理工件材料的硬度的沖擊針頭，這樣能夠獲得較好的沖擊強化效果。沖擊針頭形狀和直徑的選擇：沖擊針頭是桿狀，頭部為圓形，為了在沖擊處理后在被處理工件表面形成光滑過度的凹坑。針頭的直徑為2～3mm。在選擇針頭直徑時，過大的針頭對于一定的工件部位(圓角)可能會發生處理不到的情況。沖擊針頭選擇硬度大、耐沖擊的工具鋼作為沖擊針頭的材料，其化學成分的重量含量為：C為1.4～1.6％，Si小于等于0.04％，Mn小于等于0.04％，Cr為11.00～13.00％，Mo為0.70～1.20％，V為0.50～1.10％，P小于等于0.03。

所述步驟3中，針頭高速撞擊確定的焊縫處理區域時，略施壓力，使其基本在執行機構(沖擊槍)自重的情況下，以5mm/s的速度在焊縫及熱影響區進行勻速處理，以保證材料表面處理均勻，并在不破壞材料表面結構的情況下確保沖擊處理質量。

作為本發明的進一步改進，所述步驟1中還進一步包括采用磁粉、染色滲透或超聲波進行缺陷及裂紋探測。

作為本發明的進一步改進，所述步驟2中，為保證處理效果與質量，超聲沖擊處理的覆蓋率為100％～200％，因為過度處理或沖擊時間過長可能會破壞材料表面結構。被處理表面的規定部位上，凹坑占據面積與需要處理強化面積之比的比值稱為覆蓋率。覆蓋率以百分數表示。100％是無法確定的，一般采用98％的覆蓋率表示覆蓋率的一個單位，并且對應一個單位的沖擊處理時間。因此，要求覆蓋率大于等于100％時，單位面積上凹坑占據的面積至少應在98％以上，大于100％的覆蓋率通常用98％覆蓋率所要求的單位超聲處理時間的倍數來表示。

本發明可以強化不銹鋼焊接接頭抗應力腐蝕開裂能力，其機理在于：焊接接頭發生應力腐蝕開裂的基本原因是由于焊縫區域存在焊接殘余拉應力，超聲沖擊處理后能在焊接接頭表層形成足夠大的殘余壓應力(遠遠小于應力腐蝕開裂發生的應力門檻值)，從而破壞應力腐蝕開裂發生的必要條件，以此達到強化不銹鋼焊接接頭抗應力腐蝕開裂能力的目的。該處理工藝適合多種形式焊接接頭的強化。