[发明专利]一种金属件裂纹的修复方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属件裂纹的修复方法，特别是较大尺寸机械设备的金属部件表面或内部微小裂纹的修复方法，属于材料加工及制造工程领域。

背景技术

目前，对于机械设备的金属部件表面或内部微小裂纹主要采用加热修复技术或施加电流脉冲的修复技术。

作为加热修复技术，文献1（X.G.Li,C.F.Dong,H.Chen.Healing of hydrogen attack crack in austenite stainless steel under heat treatment.Acta Metallurgica Sinica(English Letter),2002,4(15):385-390）和文献2（C.F.Dong,X.G.Li,Z.Y.Liu,Y.R.Zhang.Hydrogen-induced cracking and healing behaviour of X70 steel.Journal of Alloys and Compounds,2009(484):966-972）中分别介绍了对奥氏体不锈钢和X70钢材料中裂纹的热处理修复技术。文献3（韩静涛,许树森,陈刚等.大型锻件的夹杂性裂纹与控制锻造工艺.钢铁,1997,32(3):35-39）中介绍了：经过高温愈合处理，锻件中夹杂性裂纹的范围大幅减小，单个裂纹的长度也有明显缩短。这些热处理修复技术的主要特点是需要在高温（高达600℃）下保温数小时，其中的保温环节会使金属件的整体显微组织和性能发生较大改变，从而改变金属件原有的机械性能，特别是对有特殊组织性能要求的金属件会产生不利影响。此外，对于较大尺寸的金属件而言，使其加热保温所需成本也很高，而且保温所需的设备条件也难以保证。

作为施加电流脉冲的修复技术，文献4（A.Hosoi,T.Nagahama,Y.Ju.Fatigue crack healing by a controlled high density electric current field.Material Science and Engineering A,2012(533):38-42）中介绍了对含预置疲劳裂纹的SUS316奥氏体不锈钢试样施加高密度脉冲电流来使裂纹愈合的工艺。这种工艺不但需要使用高脉冲电流，而且对大型金属件的适用性差，操作也比较复杂。此外，考虑到导电性问题，这种脉冲电流裂纹修复法对被修复的金属件表面有一定要求，而且只是单纯的能量修复法，修复效果不很理想。

此外，还有应用超声冲击进行裂纹修复的方法。例如，文献5（A.Abdullah,M.Malaki,A.Eskandari.Strength enhancement of the welded structures by ultrasonic peening.Materials and Design,2012(38):7-18）中介绍了应用超声冲击处理技术提高焊接结构强度。其中提到：在未经超声冲击处理的区域仍然存在有长度为21μm的微裂纹，在超声冲击处理的区域则没有发现类似裂纹。说明超声冲击处理对裂纹的愈合有积极作用。文献6（严铿，聂洁，于怀东，徐律.超声冲击处理对灰铸铁焊接冷裂纹影响.焊接学报,2007,28(11):78-84）中介绍了对灰铸铁焊缝进行超声冲击处理后的效果：超声冲击处理后焊缝显微组织发生突变膨胀，对裂纹愈合有一定的促进作用。但这些应用超声冲击进行裂纹修复的方法其修复效果仍有待于进一步提高。

随着现代装备制造能力的提高，机械设备的大型化、重载荷化将是未来制造与加工的发展趋势，研发修复效果好、操作方便、经济成本低、适用范围广的金属件裂纹修复方法具有重大的应用前景和经济价值。到目前为止，还没有能够同时满足上述各要求的金属件裂纹修复方法的问世。

发明内容

本发明的目的是提供一种修复金属件表面或内部微小裂纹的新方法，以解决现有技术中存在的修复效果不理想、操作繁琐、经济成本高以及适用性差等问题。

本发明的方法是一种采用加热与超声振动相结合的裂纹修复技术，具体而言，包括如下步骤：

（1）使用加热装置对金属件的裂纹处进行加热的步骤；

（2）在裂纹处的金属件外表面施加超声振动的步骤。

其中，优选将金属件的裂纹处加热到150°C以上后，再在裂纹处的金属件外表面施加超声振动。

所述加热装置优选为火焰加热装置，关于形状，例如可以列举环形火焰加热圈、方形火焰加热框或其他任意形状的火焰加热装置。