[發(fā)明專利]一種基于激光沖擊波技術(shù)實(shí)現(xiàn)水下焊縫強(qiáng)化的方法和裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710885803.3
• 申請日: 2017-09-26
• 公開（公告）號: CN107739812B
• 公開（公告）日: 2019-03-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張興權(quán);紀(jì)嘯天;黃志偉;陳彬;裴善報;童靳于;楊恒基;方光龍
• 申請（專利權(quán)）人: 安徽工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C21D10/00
• 分類號: C21D10/00;C21D11/00
• 代理公司: 安徽知問律師事務(wù)所 34134
• 代理人: 杜袁成

本發(fā)明公開了一種基于激光沖擊波技術(shù)實(shí)現(xiàn)水下焊縫強(qiáng)化的方法和裝置，屬于船舶及海洋工程裝備制造技術(shù)領(lǐng)域。該方法通過利用低能量的雙光斑同時誘導(dǎo)的沖擊波實(shí)施沖擊，實(shí)現(xiàn)對水下構(gòu)件焊縫的強(qiáng)化。本發(fā)明能增強(qiáng)焊縫強(qiáng)度，提高構(gòu)件焊縫抗疲勞性能、耐腐蝕性能；大大降低了焊接件開裂的失效率，延長工件的使用壽命，同時也延長強(qiáng)化裝置本身的使用壽命，提高生產(chǎn)效率，大大降低了生產(chǎn)成本。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于船舶及海洋工程裝備制造技術(shù)領(lǐng)域，特指一種基于激光沖擊波技術(shù)實(shí)現(xiàn)水下焊縫強(qiáng)化的方法和裝置，適用于各種水下金屬構(gòu)件焊縫的強(qiáng)化處理，特別適合于深海構(gòu)件中高強(qiáng)度、耐腐蝕焊縫的強(qiáng)化處理。

背景技術(shù)：

焊接技術(shù)是一種以加熱、高溫或者高壓的方式將不同的金屬構(gòu)件通過原子之間的結(jié)合和擴(kuò)散而連接起來的制造技術(shù)。相比與鑄造件，焊接件準(zhǔn)備時間短，加工的余量少，加工的效率高，節(jié)約了時間和資源，特別適合大型中空結(jié)構(gòu)件的制造，因此焊接在制造業(yè)中占據(jù)著重要的地位。由于焊接件的焊縫采用填充焊接材料并使它們?nèi)酆隙桑虼撕缚p的強(qiáng)度要比母體的強(qiáng)度低，而在焊接的過程中存在的材料熔化和凝固造成焊縫區(qū)域存在著較大的拉應(yīng)力，這種拉應(yīng)力是有害拉應(yīng)力，它的存在使焊接變形，使焊縫的抗腐蝕能力降低。因此對于尺寸較小的焊接件，通常采用低溫回火的方法去除焊縫的焊接應(yīng)力，對于大型的構(gòu)件的焊縫的去應(yīng)力，常常使用有以下二種方法。

振動時效法原理是將工件置于固有頻率下，進(jìn)行數(shù)十分鐘的振動，借此對工件施加附加應(yīng)力。當(dāng)附加應(yīng)力與殘余應(yīng)力疊加后的大小達(dá)到或超過金屬材料的屈服強(qiáng)度時，工件內(nèi)部發(fā)生微觀和宏觀塑性變形，使其殘余應(yīng)力降低和均勻化。振動時效法適用于單件結(jié)構(gòu)件整體處理。具有良好的綜合性能，不僅能降低殘余應(yīng)力、減小殘余變形，而且還能使應(yīng)力均勻化，對穩(wěn)定結(jié)構(gòu)尺寸非常有利。相對于傳統(tǒng)的熱處理方法還具備投資少、處理周期短、方便、節(jié)約能源等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是處理工件的大小受設(shè)備的輸出功率的限制；振動工藝的確定(如激振點(diǎn)的選取、激振力的設(shè)定、振動時間和振動介質(zhì)的選取)，因工件形狀、重量而異，尚無規(guī)范可循，需要一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)才可達(dá)到較好的效果。

低溫拉伸法基本原理是在焊縫的兩側(cè)用火焰加熱并隨即在焊縫中間噴水冷卻，使焊縫處產(chǎn)生壓應(yīng)力，焊縫外部的火焰加熱區(qū)產(chǎn)生拉應(yīng)力。由此得到的熱應(yīng)力場與焊縫的殘余應(yīng)力相互疊加，使殘余應(yīng)力下降，最終達(dá)到消除有害應(yīng)力的目的。該方法的最大優(yōu)點(diǎn)是操作安全，特別適合于大型結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在承載力的情況下，對局部焊縫進(jìn)行殘余應(yīng)力的消除和調(diào)整，這是振動時效法所不及的。但該方法消除殘余應(yīng)力的效果不理想，殘余應(yīng)力消除率一般在30％左右，焊縫處仍然殘存著拉應(yīng)力。

近年來，隨著焊接材料和焊接技術(shù)的不斷發(fā)展，結(jié)構(gòu)件日趨大型化、復(fù)雜化，如高速列車的車廂、鐵路公路的橋梁等，特別是隨著水下焊接技術(shù)的日趨成熟，水下焊接技術(shù)越來越得到廣泛的應(yīng)用，如維修船舶、維修鉆井平臺、修補(bǔ)水下運(yùn)輸?shù)墓艿赖鹊龋欢潞附拥沫h(huán)境不同于陸地上的焊接環(huán)境，操作人員難以看到工作的情況，焊縫的質(zhì)量變差，而且焊接件在水下使用的環(huán)境比陸地的環(huán)境苛刻，受到高濕和高鹽的作用，存在容易被腐蝕等不足，這就提高了對焊接后的焊縫進(jìn)行處理的要求，即更徹底地消除焊接過程中在焊縫處產(chǎn)生的殘余拉應(yīng)力以延長焊接件的使用壽命。顯然上述的振動時效法和低溫拉伸法在水下的環(huán)境中難以應(yīng)用，目前較為常用的水下焊縫強(qiáng)化的方法為爆炸消除法。

爆炸消除法是利用貼在焊縫附近的橡膠炸藥轟爆，產(chǎn)生瞬間高壓沖擊波擾動造成塑性變形來消除殘余應(yīng)力。爆炸法消除焊接殘余應(yīng)力的效果好，特別適用于局部處理。其工作效率、處理速度都是上述的振動時效法和低溫拉伸法兩種方法所不能比擬的，而且不需要任何設(shè)備，操作其方便，在陸地和水下皆可使用。但目前爆炸焊縫去應(yīng)力方法沒有較為完善的理論指導(dǎo)，實(shí)施過程只能基于已有的經(jīng)驗(yàn)，不但水下炸藥放置的位置十分困難，而且藥量及強(qiáng)度難以精確控制，強(qiáng)化區(qū)域難以精確控制，特別是炸藥屬于高危險品，加工安全性很差，存在著對設(shè)備的損傷和危害著操作者的生命等安全隱患。

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