[發明專利]一種不銹鋼焊接接頭激光沖擊強化變形控制方法

有效

• 申請號: 201710060472.X
• 申請日: 2017-01-25
• 公開（公告）號: CN106884087B
• 公開（公告）日: 2019-03-12
• 發明（設計）人: 李玉琴;王學德;孟長軍;張百靈;康進興;李益文
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍空軍工程大學
• 主分類號: C21D10/00
• 分類號: C21D10/00;C21D11/00
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 慕安榮

1.一種不銹鋼焊接接頭激光沖擊強化變形控制方法，其特征在于，具體過程是：

步驟1，確定不同的激光沖擊強化變形區：根據焊接過程形成焊縫和熱影響區將焊接接頭激光沖擊強化變形區域分為焊縫區和焊縫外區域；所述的焊縫外區域中又劃分為焊縫與熱影響區之間的過渡區、熱影響區和基體區；所述焊縫外區域包括該焊縫兩側的區域；所述焊縫區與熱影響區之間的過渡區為焊縫外區域的第1-2排光斑所在的范圍；靠近熱影響區的基體區為熱影響區1-3排光斑所在的范圍；

步驟2，確定激光沖擊路徑：所述的激光沖擊包括對焊縫的沖擊和焊縫外區域的沖擊；所確定的激光沖擊路徑分別是：

確定焊縫區的激光沖擊路徑；所確定的激光沖擊路徑即為光斑的移動路徑；光斑的移動路徑為沿焊縫區寬度方向的“S”形；

確定焊縫外區域的激光沖擊路徑；所確定的激光沖擊路徑即為光斑的移動路徑；光斑的移動路徑為沿焊縫長度方向的“S”形；

步驟3，確定梯度激光能量：根據焊接接頭不同區域確定激光能量；

焊縫區的激光能量選擇0.7J～6J，焊縫區與熱影響區之間的過渡區選擇0.6～5.5J能量沖擊，熱影響區選擇0.5～5J能量沖擊，熱影響區與基體之間過渡區采用0.4～4.5J的激光能量,激光的能量從焊縫區到基體，激光能量依次遞減；

步驟4，光斑參數的選擇：激光光斑直徑1mm～3mm，在焊縫區上的光斑數量的整數倍為焊縫的寬度尺寸，且滿足所選的光斑直徑要使焊縫區激光功率密度≤5GW/cm²，光斑的搭接率為50％；

步驟5，激光沖擊：根據所確定的激光沖擊路徑，利用納秒脈沖激光分別對焊縫區和焊縫外區域依次進行激光沖擊，完成對不銹鋼焊接接頭的第一次激光沖擊強化變形；

步驟6，重復沖擊：按照所選的激光能量、光斑參數和路徑，重復步驟5，對試件進行1～2次激光沖擊強化加工；完成對不銹鋼焊接接頭的激光沖擊強化變形。

2.如權利要求1所述不銹鋼焊接接頭激光沖擊強化變形控制方法，其特征在于，步驟2中所確定的焊縫區的激光沖擊路徑是：光斑以所述焊縫一端表面一側為起點，沿該焊縫區的寬度方向移動；當光斑移動至所述焊縫區表面另一側邊沿時，光斑的移動路徑與焊縫的方向平行向該焊縫區的下方移動半個光斑的直徑；繼而，該光斑沿所述焊縫的寬度反方向移動至該光斑起點的下方；光斑繼續以與焊縫方向平行的路徑向該焊縫的下方移動半個光斑的直徑；重復上述過程，直至光斑移動至該焊縫的另一端。

3.如權利要求1所述不銹鋼焊接接頭激光沖擊強化變形控制方法，其特征在于，步驟2中所確定的焊縫外區域的激光沖擊路徑是：光斑以所述焊縫區外一端的一側為起點，貼著該焊縫區邊緣沿該焊縫的長度方向移動，并使光斑與該焊縫的方向平行；當光斑移動至所述焊縫區邊緣另一端時，光斑的移動路徑沿該焊縫的寬度方向平行向該外側移動半個光斑的直徑；繼而，該光斑沿所述焊縫的長度反方向移動至該光斑起點的外側；光斑繼續沿焊縫的寬度方向向該焊縫區的外側移動半個光斑的直徑。

4.如權利要求1所述不銹鋼焊接接頭激光沖擊強化變形控制方法，其特征在于，激光沖擊焊縫區時，光斑按確定的“S”形移動路徑移動；移動時，光斑以所述焊縫區一端表面一側為起點，沿該焊縫的寬度方向移動，并使光斑與該焊縫的方向正交；當光斑移動至所述焊縫表面另一側邊沿時，光斑的移動路徑與焊縫的方向平行向該焊縫的下方移動半個光斑的直徑；繼而，該光斑沿所述焊縫的寬度反方向移動至該光斑起點的下方；光斑繼續以與焊縫方向平行的路徑向該焊縫的下方移動半個光斑的直徑；每移動半個光斑的直徑即對焊縫表面進行一次沖擊，使相鄰的光斑之間的搭接率為50％；重復上述過程，直至光斑移動至該焊縫區的另一端，完成對焊縫區的激光沖擊。

5.如權利要求1所述不銹鋼焊接接頭激光沖擊強化變形控制方法，其特征在于，激光沖擊焊縫外區域時，移動光斑至焊縫區外任意一側；移動光斑沿焊縫的長度方向進行激光沖擊；激光沖擊焊縫外區域：移動光斑至焊縫區外任意一側；移動光斑沿焊縫的長度方向進行激光沖擊；沖擊時，光斑按確定的“S”形移動路徑移動；移動時，光斑以所述焊縫區外一端的一側為起點，貼著該焊縫區邊緣沿該焊縫的長度方向移動，并使光斑與該焊縫的方向平行；采用0.6J～5.5J激光能量沖擊1～2排光斑，光斑的移動路徑與焊縫的長度方向平行；當光斑移動至所述焊縫區邊緣另一端時，光斑的移動路徑沿該焊縫的寬度方向平行向該外側移動半個光斑的直徑；繼而，該光斑沿所述焊縫的長度反方向移動至該光斑起點的外側，采用0.5～5J激光能量，光斑貼著過渡區的邊緣沿焊縫的長度方向移動，按“S”形移動路徑移動沖擊焊縫的熱影響區，直至光斑移動至熱影響區邊緣到達基體區，光斑繼續沿焊縫的寬度方向向該焊縫的外側移動半個光斑的直徑，采用0.4～4.5J激光能量沿焊縫的長度方向沖擊1～3排光斑；完成對該焊縫外一側區域的沖擊；

移動時，光斑以所述焊縫區外一端的一側為起點，貼著該焊縫邊緣沿該焊縫的長度方向移動，并使光斑與該焊縫的方向平行；當光斑移動至所述焊縫邊緣另一端時，光斑的移動路徑沿該焊縫的寬度方向平行向該外側移動半個光斑的直徑；繼而，該光斑沿所述焊縫的長度反方向移動至該光斑起點的外側；光斑繼續沿焊縫的寬度方向向該焊縫的外側移動半個光斑的直徑；重復上述過程，直至光斑移動至焊縫區該側以外5～10mm，完成對該焊縫外一側區域的沖擊；

光斑在移動中，每移動半個光斑的直徑即對焊縫外區域表面進行一次沖擊，使相鄰的光斑之間的搭接率為50％；完成對一側焊縫區表面第一次的激光沖擊；

當完成對該焊縫外一側區域的沖擊后，移動光斑至該焊縫外另一側區域，沿焊縫的長度方向進行激光沖擊；在對該焊縫外另一側區域進行沖擊時，光斑的移動路徑如上所述，直至完成對焊縫該側區域的沖擊，即完成對另一側焊縫外區域的第一次激光沖擊。