X70管线钢焊接接头激光冲击强化处理方法技术

X70管线钢焊接接头激光冲击强化处理方法，在X70管线钢焊接接头表面依次设有能量吸收层、约束层，其特征在于：采用激光冲击强化处理时，激光脉冲宽度为22ns～23ns，波长为1.054μm，放大自发辐射脉宽为1μs，输出激光用焦距为2m聚焦系统进行聚焦，聚焦光斑直径为5mm～8mm，激光脉冲功率约为2.0×109W，焊接接头表面光斑重叠面积＞60％。经激光冲击强化后管线钢接头表面产生塑性变形、晶粒细化和残余压应力，有效地增加了管线钢焊接接头抗H2S应力腐蚀和氢致开裂性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及利用激光冲击波在X70管线钢焊接接头表面的强化处理方法，特指激 光冲击处理在X70管线钢焊接头表面产生晶粒细化和残余压应力的方法，提高了管线钢焊 接接头抗应力腐蚀和氢致开裂的性能，属于材料表面改性处理领域。
技术介绍
X70管线钢服役条件多为潮湿土壤和沙漠环境，输送介质含H2S等酸性物质较多， 腐蚀是影响管道系统可靠性及使用寿命的关键因素。为在高压输送管线的焊接部位，尤其 是铺设管线的焊接部位是失效事故的多发位置。焊接引起的残余应力对材料力学性能有重 大影响，高的残余拉应力能导致结构内部产生裂纹，降低了管线钢焊接接头抗应力腐蚀 和氢致开裂的能力。X70管线钢一般是通过埋弧自动焊接方法实现由板材成型为管材，由于焊接过程 中量大热源的输入，容易出现焊接残余应力，降低了焊接接头机械性能，同时填充材料和焊 缝两侧材料经过熔化重新结晶，最终在焊接接头表面形成铸态组织，容易出现气孔、缩松 等焊接缺陷，致使焊接接头强度降低，一般只有基材强度的50% 60%，目前主要通过外 场作用如喷丸、超声波、爆炸、碾压、锤击等方法改善焊接接头的性能。与上述传统工艺方 法相比，激光冲击处理是一种提高焊接接头疲劳强度的新方法，具有材料应变率高(IO6 ΙΟ、—1)、残余压应力层深、激光束可达性好以及工艺参数易精确控制等优点，在铁道车辆、 食品设备、原子能和造船等工业中得到广泛的应用。本专利技术专利提出的激光冲击处理强化X70管线钢焊接接头是一种有效的提高焊 接接头抗应力腐蚀和氢致开裂方法，它可以改善焊接接头表面的几何形状，消除焊接接 头表面缺陷和产生有益于提高疲劳寿命的残余压应力，有利于提高管线钢焊接接头抗H2S 应力腐蚀和氢致开裂的能力。
技术实现思路
本专利技术利用激光冲击波在X70管线钢焊接接头表面层形成了一层致密塑性变形 层，使其表面显微硬度得到明显提高，在X70管线钢接接头表面形成有利的残余压应力层， 消除致裂残余拉应力，在表面残余压应力与表层晶粒细化双重作用下，能有效地改善管线 钢焊接接头抗应力腐蚀和氢致开裂性能。本专利技术的KQ开关钕玻璃脉冲激光冲击处理管线钢焊接接头的技术参数为输 出波长lOMnm、脉宽22ns、峰值功率GW量级，最大的有效光斑直径为5mm，激光脉冲功率 2. OXlOl，其特征在于激光脉冲宽度为 22ns 23ns，波长为1. OM μ m，放大自发辐射脉宽为1 μ s，输出激光用焦距为聚焦系统 聚焦，聚焦光斑直径为5mm 8mm，激光脉冲功率为2. OX 10噌。将X70管线钢焊接接头表 面覆盖0. Imm厚铝箔作为能量吸收层，采用2mm厚的水作为约束层，激光冲击处理焊接接头表面光斑重叠面积> 60%。经激光冲击强化后管线钢接头表面产生塑性变形、晶粒细化和 残余压应力，有效地增加了管线钢焊接接头抗H2S应力腐蚀和氢致开裂性能。塑性变形减 少了气孔和缩松等焊接缺陷，降低了表面粗糙度，使焊接接头组织致密化。激光冲击处理在 焊接接头表面形成组织均勻的细晶强化层，消除了表面层组织的不均勻性，可以有效增加 位错运动的阻力，增加接头表面塑性变形抗力，阻碍滑移台阶的形成与扩展。激光冲击波在 焊接接头表面形成均勻分布的压应力，可以抑制裂纹的萌生和扩展，提高接头应力腐蚀 和氢致开裂性能。附图说明图1为激光冲击处理X70管线钢焊接接头示意图1、激光冲击波；2、焊缝区；3、熔合区；4、热影响区；5、基体；6、水；7、铝箔图2为激光冲击处理后X70管线钢焊接接头表面形貌图3为激光冲击处理后X70管线钢焊接接头断面金相图4为激光冲击处理前后焊接接头表面强化层8、基材9、强化层图5为激光冲击处理前后焊接接头的残余应力(a)原始状态(b)激光冲击处理后具体实施例方式利用激光冲击波对X70钢焊接接头表面进行强化处理，如图1所示，激光脉冲宽度 为22ns 23ns，波长为1. 054 μ m,放大自发辐射脉宽为1 μ s，输出激光用焦距为聚焦系 统聚焦，聚焦光斑直径为5mm 8mm，激光脉冲功率约为2. OX 109W。以0. Imm铝箔作为吸收 层，用2mm厚的水作为约束层，对管线钢焊接接头表面进行激光冲击，激光冲击处理焊接接 头表面光斑重叠面积> 60%。经激光冲击处理后焊接接头显微组织发生了明显的变化，焊 接接头表层晶粒细化，如图2所示。表层发生了剧烈的塑性变形，变形程度随着深度的增加 逐渐变小，如图3所示，在激光冲击过程中，变形是由表及里逐渐向心部发展。激光冲击处 理后焊接接头中无论是气孔的数量还是单个气孔的体积都明显减少，焊接接头组织更加致 密。激光冲击处理在表层产生了塑性变形，微小的气孔或缩松被挤压，使组织更加致密化， 发生了晶粒细化，平均晶粒尺寸减小，可以降低其腐蚀速度。经激光冲击处理后X70管线钢 焊接接头表面形成了约IOym的强化层，其组织表现为晶粒细化，如图4所示，有利于提高 材料的抗应力腐蚀和氢致开裂的性能。激光冲击处理后的残余应力值由拉应力329. 5MPa转化为压应力497. 6MPa，如图 5所示，压应力明显增大，X衍射半高宽β值也明显增加。激光冲击处理导致材料晶粒碎 化，晶粒尺寸变小，得到了更高的残余压应力。激光冲击处理后试样表面显微硬度由220 235HV提高到250 ^5HV，使焊缝 区、熔合区和热影响区表面硬度明显提高，改善了 X70管线钢焊接接头的力学性能。权利要求1.，在X70管线钢焊接接头表面依次设 有能量吸收层、约束层，其特征在于采用激光冲击强化处理时，激光脉冲宽度为22ns 23ns，波长为1.0M μ m，放大自发辐射脉宽为1 μ s，输出激光用焦距为^ii聚焦系统进行聚 焦，聚焦光斑直径为5mm 8mm，激光脉冲功率为2. 0 X IO9W,焊接接头表面激光光斑重叠面 积> 60%。2.权利要求1所述的激光冲击强化处理方法，其特征在于能量吸收层为0.Imm厚的 铝箔，约束层为2mm厚的水。全文摘要，在X70管线钢焊接接头表面依次设有能量吸收层、约束层，其特征在于采用激光冲击强化处理时，激光脉冲宽度为22ns～23ns，波长为1.054μm，放大自发辐射脉宽为1μs，输出激光用焦距为2m聚焦系统进行聚焦，聚焦光斑直径为5mm～8mm，激光脉冲功率约为2.0×109W，焊接接头表面光斑重叠面积＞60％。经激光冲击强化后管线钢接头表面产生塑性变形、晶粒细化和残余压应力，有效地增加了管线钢焊接接头抗H2S应力腐蚀和氢致开裂性能。文档编号C21D1/09GK102127630SQ201010018210公开日2011年7月20日 申请日期2010年1月19日 优先权日2010年1月19日专利技术者周朝政, 孔德军, 张永康, 王文昌, 胡爱萍, 裴峻峰 申请人:江苏工业学院本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．Ｘ７０管线钢焊接接头激光冲击强化处理方法，在Ｘ７０管线钢焊接接头表面依次设有能量吸收层、约束层，其特征在于：采用激光冲击强化处理时，激光脉冲宽度为２２ｎｓ～２３ｎｓ，波长为１．０５４μｍ，放大自发辐射脉宽为１μｓ，输出激光用焦距为２ｍ聚焦系统进行聚焦，聚焦光斑直径为５ｍｍ～８ｍｍ，激光脉冲功率为２．０×１０９Ｗ，焊接接头表面激光光斑重叠面积＞６０％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孔德军，张永康，王文昌，周朝政，裴峻峰，胡爱萍，
申请(专利权)人：江苏工业学院，
类型：发明
国别省市：32