[發明專利]不銹鋼焊接接頭激光噴丸處理工藝

有效

• 申請號: 200910034806.1
• 申請日: 2009-09-08
• 公開（公告）號: CN101665859A
• 公開（公告）日: 2010-03-10
• 發明（設計）人: 馬剛;凌祥
• 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;C21D7/00;C21D8/00
• 代理公司: 南京知識律師事務所
• 代理人: 樊文紅

技術領域

本發明涉及不銹鋼焊接接頭的表面處理工藝，具體涉及的是一種降低奧氏體不銹鋼焊接接頭應力腐蝕開裂敏感性的激光噴丸處理方法。

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。

激光噴丸是20世紀七十年代隨著高功率密度、短脈沖激光器的問世而發展起來的一種新型表面強化技術，它是利用功率密度大于10⁹W/cm²，短脈沖(ns級)的激光束透過透明的約束層輻照涂有涂層的金屬靶材表面，使涂層材料迅速氣化、電離后形成等離子體。在約束層的作用下，等離子體爆炸產生的高強度沖擊波(沖擊波峰值壓力達GPa級)沖擊金屬靶材表面并向內部傳播，形成密集、穩定的位錯結構的同時，使靶材表面發生塑性變形并殘留很大的壓應力。

激光噴丸處理具有以下的突出的優點：

(1)激光噴丸能有效保護被處理試樣表面。

(2)激光噴丸處理具有可疊加性。

(3)激光噴丸可獲得特別高的沖擊壓力，產生很深的強化層。

(4)激光噴丸可以在室溫、空氣條件下進行，工藝過程清潔、無污染，是一種綠色的、環保的表面強化方法。并且處理后試樣表面的光潔度較高，特別適合對表面質量要求較高的試樣進行局部強化處理。

(5)激光便于聚焦和傳播，在常規方法無法進入的局部表面或不規則復雜空間的強化處理方面，具有明顯的優勢。且激光噴丸的控制參數較少(激光功率密度、激光光斑尺寸、激光脈沖持續時間)，易于精確定位和控制，便于實現自動化生產。

提高奧氏體不銹鋼焊接接頭抗應力腐蝕開裂性能一直是不銹鋼應用中需要解決的問題，將激光噴丸處理工藝應用于不銹鋼焊接接頭的表面處理，對于改善不銹鋼焊接接頭應力腐蝕開裂敏感性具有明顯的技術效果。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的缺陷，提出一種激光噴丸處理方法來改善不銹鋼焊接接頭應力腐蝕開裂敏感性。

實現本發明目的的技術方案是：不銹鋼焊接接頭激光噴丸處理工藝，包括下列步驟：

步驟1采用表面清潔處理方法從待處理的工件表面上除去所有灰土、水垢和包覆物，并完成必要的磁粉檢測、染色滲透檢測、超聲波或其它的缺陷及裂紋探測過程；

步驟2將激光對準處理區域，待處理區域為焊縫以及焊縫兩側熱影響區；然后，利用功率密度大于10⁹W/cm²，短脈沖(ns級)的激光束透過透明的約束層輻照涂有涂層的金屬靶材表面，使涂層材料迅速氣化、電離后形成等離子體；在約束層的作用下，等離子體爆炸產生的高強度沖擊波(沖擊波峰值壓力達GPa級)沖擊被處理工件表面；

所述步驟2中，激光光斑采用無間隔連續排列或重疊排列，處理覆蓋率要求達到80％以上；

所述步驟2之后還包括步驟3：采用X射線衍射儀進行檢測，焊接工件表面的殘余應力是壓應力，激光噴丸處理完成。

激光噴丸處理工藝可以強化不銹鋼焊接接頭抗應力腐蝕開裂能力。其機理：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，激光噴丸處理后能在焊接接頭表層形成足夠大的殘余壓應力(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。

所述步驟2中不銹鋼焊接接頭激光噴丸處理最佳工藝的主要參數如下：

(1)激光的相關指標：單次脈沖能量25～45J，激光波長為1.06μm，激光脈沖寬度25～30ns，工作重復頻率0.1Hz。

(2)透明層(約束層)為水或者玻璃。約束層材料的選擇還必須根據處理試樣來確定，玻璃約束層雖然增壓效果顯著，但它只適用于對平面表面進行強化，并且無法適應多次沖擊處理的要求，在沖擊處理過程中還存在玻璃碎片飛濺的問題，這對周圍的工作人員及光學器件具有一定的威脅和破壞作用。與玻璃約束層相比，水、柔性貼膜等較為柔性的約束層材料就能適應非平面靶材的沖擊處理要求，并且水和柔性貼膜的成本低廉，易于實現操作自動化，具有工程適應性強的優點。