[發明專利]一種儲氫瓶的激光噴丸裝置及其制作方法

有效

• 申請號: 201811095730.9
• 申請日: 2018-09-19
• 公開（公告）號: CN109234517B
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發明（設計）人: 黃舒;馬冬輝;盛杰;趙家曦;袁廣;李紅宇;胡曉奇
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C21D10/00
• 分類號: C21D10/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種儲氫瓶的激光噴丸裝置，包括激光發射裝置和噴水裝置；所述激光發射裝置用于產生激光束，所述激光束用于射入儲氫瓶筒體的待彎曲部位；所述噴水裝置用于產生水流束，所述水流束用于射入所述激光束的射入點附件表面；所述水流束和激光束均相對于儲氫瓶筒體軸線做回轉運動；所述儲氫瓶筒體固定安裝；所述激光發射裝置產生繞儲氫瓶筒體軸線旋轉的激光束；所述噴水裝置產生繞儲氫瓶筒體軸線旋轉的水流束。本發明利用激光沖擊在靶材上的動態響應過程和高速沖擊后的回彈過程誘導表面殘余壓應力抑制在高壓臨氫環境下氫致裂紋的擴展。

技術領域

本發明涉及儲氫瓶的制作領域或者回轉體激光噴丸領域，特別涉及一種儲氫瓶的激光噴丸裝置及其制作方法。

背景技術

氫能具有儲量豐富、可再生、可儲運等優點，其作為新型清潔能源的首選，已被廣泛應用于汽車、航空、船舶等行業，氫能的利用對于解決目前制約全球經濟發展的“能源短缺”和“環境污染”兩大難題具有重要戰略意義。高壓儲氫由于設備結構簡單、壓縮氫氣制備能耗低等優點，成為目前占主導地位的儲氫方式，其中，高壓儲氫容器如儲氫瓶是高壓儲氫系統的關鍵設備。然而，臨氫設備常用金屬材料在高壓氣態氫環境下長期工作，會出現塑性降低、裂紋擴展速率加快的高壓氫脆現象，導致關鍵結構件在服役期內過早失效。

針對臨氫設備常用金屬材料的抗氫脆延壽問題，國內外學者主要從兩個方面開展了相關研究：一是在金屬材料表面制備特殊涂層以阻止氫滲透行為，二是采用傳統表面形變改性工藝來抑制材料對氫的吸收。例如國內發明專利提出了一種抗氫脆、抗硫化腐蝕的加氫裂化專用熱電偶，隨后在熱電偶表面又制備了一層保護層，達到更好的抗氫脆效果，所述抗氫脆保護層制備方法主要是在表面預制噴涂一層納米陶瓷，后經CO2激光器重溶，制成0.5-0.8mm厚度的耐高溫氫脆腐蝕保護層，可以有效提高法蘭和保護管合金在煉油化工加氫裂化、制氫過程中氫脆開裂和腐蝕斷裂問題，大大延長了產品的使用周期。然而，儲氫瓶關鍵結構件長期服役于高壓儲氫環境以及氫的充放交變壓力會降低表面鍍層與基體的結合強度，加塊腐蝕失效進程，且在儲氫瓶內表面制備涂層可能會影響氫的純度。例如日本期刊文獻里的描述，通過空化噴丸誘導的表面殘余壓應力防止不銹鋼中的氫脆，證明了空化噴丸引起的壓縮殘余應力可以減少奧氏體不銹鋼表面的氫侵蝕，但傳統的機械噴丸、空化射流噴丸等工藝易導致處理表面粗糙度增大，從而促進氫的吸附，削弱了強化效果。

近年來光力熱學科的交叉發展，尤其是激光和材料相互作用產生熱、力效應的應用引起廣泛關注。其中，激光噴丸強化(Laser Peening-LP)技術作為一種新穎的且質量上佳表面改性工藝，已被應用于金屬零件抗腐蝕、抗氫脆以及抗疲勞性能等研究。但現階段很多研究集中于金屬材料及其標準力學試樣的抗氫脆性能，但標準試樣的研究結果應用于實際工程部件往往存在一定的偏差。

發明內容

針對現有技術中存在的不足，本發明提供了一種儲氫瓶的激光噴丸裝置及其制作方法，通過將激光噴丸強化材料工藝與儲氫瓶生產工藝結合，可以提高儲氫瓶關鍵結構部位的抗氫脆性，增強其服役壽命。儲氫瓶在彎曲部位最易發生氫脆失效，而在儲氫瓶的制造過程中是先將金屬融化軋成無縫圓柱筒體然后再開展彎曲工藝，本發明提出在金屬融化軋制成無縫圓柱筒體但還未進行彎曲工藝前，在圓柱筒體即將要彎曲處進行大面積的激光噴丸處理，通過激光噴丸在靶材上的動態響應過程和高速沖擊后的回彈過程誘導表面殘余壓應力，以及高密度位錯與細化晶粒，能強有力地抑制處理表面的氫入侵，以提升整體儲氫罐的抗氫脆性能，進而提升其服役壽命的方法及裝置。

本發明是通過以下技術手段實現上述技術目的的。

一種儲氫瓶的激光噴丸裝置，包括激光發射裝置和噴水裝置；所述激光發射裝置用于產生激光束，所述激光束用于射入儲氫瓶筒體的待彎曲部位；

所述噴水裝置用于產生水流束，所述水流束用于射入所述激光束的射入點附件表面；

所述水流束和激光束均相對于儲氫瓶筒體軸線做回轉運動。