[发明专利]一种激光冲击消除焊接残余拉应力的方法

说明书

本发明公开了一种激光冲击消除焊接残余拉应力的方法，主要包括工件、流动硅油膜、焊缝和脉冲激光束。焊点沿焊接方向移动，对未焊接区域进行焊接，形成焊缝；在焊接的同时，在距离焊点后方表面温度150~250℃处焊缝上，脉冲激光束在流动硅油膜作用下沿冲击路径辐照焊缝，直到整条焊缝处理完毕，同时保证脉冲激光束沿冲击路径扫描后能完全覆盖整条焊缝；对焊缝最后进行抛光处理，最终成功地消除了焊缝表层的残余拉应力。本发明增强了处理效果、提高了效率和消除残余拉应力效果、简化了处理工艺并提高了焊缝的抗应力腐蚀性能，可应用于消除焊缝在焊接过程中产生的残余拉应力。

技术领域

本发明涉及一种激光冲击消除焊接残余拉应力的方法，具体为一种利用高功率密度的激光冲击波处理焊缝中产生的残余拉应力，属特种加工领域。

背景技术

由于冷却速度的差异，焊接后在焊缝处通常会产生高幅残余拉应力，焊接后的结构件在受到应力和腐蚀环境下，焊缝会快速产生应力腐蚀，从而导致结构件在焊缝处的失效，污水处理中大量使用不锈钢焊接件，焊缝的应力腐蚀失效已成为污水处理结构件的难题之一。激光冲击处理焊缝可以消除焊缝表层产生的残余拉应力，从而大幅度提高焊缝的抗应力腐蚀性能，常规激光冲击采用在工件表面覆盖一层吸收层，来保护工件表面，吸收层的使用导致了激光冲击波的衰竭，降低了激光能量的利用率，此外，由于激光冲击设备价格昂贵，效率较低，需要采取措施来进一步提高激光能量的利用率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光冲击消除焊接残余拉应力的方法，以消除不锈钢焊缝产生的残余拉应力，并进一步高处理效率，从而提高不锈钢结构件的抗应力腐蚀性能。

为了解决以上技术问题，本发明采用的具体技术方案如下：

一种激光冲击消除焊接残余拉应力的方法，其特征在于包括以下过程：焊点(4)沿焊接方向(41)移动，对未焊接区域(11)进行焊接，形成焊缝(12)；在焊接的同时，在距离焊点(4)后方L处焊缝(12)上，脉冲激光束(2)沿冲击路径(21)辐照焊缝(12)，同时涂覆一层流动的硅油膜(3)，保证流动的硅油膜(3)在脉冲激光束(2)辐照焊缝(12)时完全覆盖住激光光斑，直到整条焊缝(12)处理完毕，同时保证脉冲激光束(2)沿冲击路径(21)扫描后能完全覆盖整条焊缝(12)；焊缝(12)最后进行抛光处理。所述的距离L处为在脉冲激光束(2)辐照焊缝(12)时，焊缝表面温度为150~250℃处。

所述的脉冲激光束(2)的脉宽范围为10~30ns，最大功率密度为1~10GW/cm²，光斑直径2~5mm。

所述的流动的硅油膜(3)厚度为0.5~1.5mm，流速为1~3cm/min。

本发明的工作原理：本发明采用在焊接不锈钢的同时对焊缝采用激光冲击消除残余拉应力，在距离焊点后方一定距离焊缝表面温度为150~250℃的处进行激光冲击处理，在该温度下，不锈钢的屈服强度降低，可以采用较小功率密度的激光获得较好的处理效果；在材料不融化的情况下，材料的温度越高，屈服强度越低，由于焊缝内部材料的温度比表层更高，激光冲击波作用的距离比常规激光冲击更大，可以取得更好的消除残余拉应力效果；由于硅油膜的耐热性能好，沸点高，可以很好的约束高温下等离子体爆炸，产生强烈冲击波消除焊缝表层的残余拉应力；由于焊缝最终进行抛光处理，因此无需采用专用的牺牲层，高强脉冲激光诱导的冲击波得到了充分利用，简化了工艺，提高了处理效率。

本发明具有的有益效果。本发明通过在焊缝表面温度为150~250℃的处进行激光冲击处理，可以增强处理效果，提高效率；采用流动的硅油膜作为约束层，由于硅油的高沸点，耐高温性能好，可以防止约束层在高温下的蒸发，同时大幅度增强激光冲击波的幅值和持续时间，提高消除残余拉应力效果；直接作用在焊缝表面进行激光冲击消除残余拉应力处理，可以充分利用激光冲击波，同时简化了处理工艺；焊缝最终经过抛光处理，可以进一步提高焊缝的抗应力腐蚀性能。所述的方法工艺简单、操作方便、效率高、能耗少、成本低、绿色环保,且工艺参数容易控制，易于实现工业应用。