[發明專利]一種提高鋁合金焊縫疲勞強度的方法

無效

• 申請號: 201310043281.4
• 申請日: 2013-02-02
• 公開（公告）號: CN103111759A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發明（設計）人: 徐國建;杭爭翔;王虹;劉祥宇;唱麗麗
• 申請（專利權）人: 鞍山煜宸科技有限公司
• 主分類號: B23K26/24
• 分類號: B23K26/24;B23K26/42
• 代理公司: 鞍山嘉訊科技專利事務所 21224
• 代理人: 張群

技術領域

本發明涉及鋁合金焊接領域，尤其涉及一種提高鋁合金焊縫疲勞強度的方法。?

背景技術

目前，鋁合金的主要焊接工藝方法為MIG焊接，其常見缺陷是接頭裂紋、軟化以及硬度下降等缺陷，焊縫的疲勞強度大大降低，傳統的提高鋁合金焊縫硬度及抗疲勞強度的方法有噴丸、碾壓、錘擊等。隨著激光技術的興起，激光沖擊強化技術在強化材料方面和焊縫得強化方面的應用越來越廣泛。焊趾是焊肉和母材的交接處，是焊接接頭最薄弱的環節常常由于焊接后高的殘余拉應力而產生裂紋。?

美國LLNL（勞倫斯利物莫爾國家實驗室）與MIC合作，就激光沖擊強化進行廣泛的應用研究，儲能罐、核廢料罐焊縫經強化后，抗疲勞裂紋和應力腐蝕的性能大大提高，核廢料罐的使用壽命可以達到上萬年的使用設計要求。?

國內從20世紀90年代開始了激光沖擊處理技術（LSP）的研究，主要針對航空鋁合金材料進行一些基礎試驗研究。研究發現GH30氬弧焊焊縫激光沖擊處理后，焊縫表面顯微硬度提高40%，抗拉強度提高12%以上，表面殘余拉應力轉化為殘余壓應力。1Cr18Ni9Ti等離子焊焊縫及熱影響區激光沖擊處理后，提高疲勞壽命300%以上。1420鋁鋰合金板材缺口疲勞試件(應力集中系數Kt=2.5)對中心圓孔強化后，采用不同的應力水平進行成組對比試驗，激光沖擊處理能提高疲勞強度的20%。?

目前的激光沖擊強化處理工藝是利用脈沖激光產生的高密度能量，一點一點地沖擊待加工整個焊縫表面，存在工藝復雜且效率低的不足。?

發明內容

本發明的目的在于提供一種提高鋁合金焊縫疲勞強度的方法，克服現有技術的不足，采用高密度能量激光只對焊縫焊趾兩側進行小范圍沖擊強化，使焊趾區域產生高的殘余壓應力，防止裂紋的危害，提高焊接接頭的抗疲勞性能。?

為實現上述目的，本發明采用了如下技術方案：?

一種提高鋁合金焊縫疲勞強度的方法，采用激光沖擊鋁合金焊縫焊趾兩側區域，進而提高焊縫的抗疲勞強度，其具體操作步驟如下：?

1）處理前，用丙酮清洗焊縫，在鋁合金試件焊趾兩側3～4mm寬的區域內涂覆碳素黑漆涂層，涂層厚度50～100μm，涂層干燥后，將試件固定在夾具上放入有水的操作槽中，試件沉入水中；?

2）所述夾具相對操作槽的位置在X，Y，Z三個方向上可調，聚焦鏡焦距為180～200mm,調節聚焦鏡使得光路在水中的行程為50～80mm,既保證約束層為50～80mm；?

3）激光沖擊處理鋁合金試件焊趾兩側3～4mm寬的區域，激光參數如下，激光波長為532～535nm、頻率60Hz、單脈沖激光能量為100～120mJ、激光脈沖峰值功率密度約為4.5～5GW/cm²、激光脈沖寬度為8ns～10ns、聚焦光斑直徑為0.6mm～1.0mm、表面光斑重疊面積＞30%。?

與現有技術相比，本發明的有益效果是：?

利用激光的高密度能量對焊縫兩側小范圍內焊趾部位進行沖擊強化，大大消弱了焊趾處因焊接而產生的較高的應力集中，改善焊接接頭殘余應力的分布狀態，使焊接接頭表層形成殘余壓應力層，最終達到強化焊接接頭的抗疲勞性能的目的，與沖擊強化整個焊縫的方法比較，沖擊面積小及效果顯著，?

附圖說明

圖1是本發明處理鋁合金試件的工藝流程圖；?

圖2是本發明激光沖擊強化裝置結構示意框圖；?

圖3是本發明沖擊處理區域示意圖；?

圖4是試件的焊態焊縫和LSP處理后的焊縫宏觀對比照片；?

圖5是疲勞強度試驗后的焊態焊縫和LSP處理后的焊縫宏觀對比照片。?

圖中：1-鋁合金試件2-區域3-夾具4-操作槽5-透視窗?

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步說明：?

見圖1至圖3，是本發明一種提高鋁合金焊縫疲勞強度的方法示意圖，采用激光沖擊鋁合金焊縫焊趾兩側區域，進而提高焊縫的抗疲勞強度，實施例中鋁合金試件采用MIG焊接，其具體操作步驟如下：?

1）處理前，用丙酮清洗焊縫，在鋁合金試件1焊趾兩側3～4mm寬的區域內涂覆碳素黑漆涂層，涂層厚度50～100μm，涂層干燥后，將試件固定在夾具上放入有水的操作槽4中，試件沉入水中；?