一種不銹鋼焊接接頭激光沖擊強化變形控制方法技術

一種不銹鋼焊接接頭激光沖擊強化變形控制方法，通過梯度激光能量設計,對殘余拉應力大的焊接區域采用高的激光能量,對殘余應力小的熱影響區和基體區采用低的激光能量,對于過渡區域選擇梯度能量，從而使得焊接接頭的焊縫區、熱影響區和基體區的應力分布更加均勻，避免單一能量沖擊使得焊接接頭不同區域的應力分布呈階梯分布和應力集中的問題。在對焊縫區激光沖擊時，激光光斑沿焊縫寬度移動，將有害應力移動到焊接接頭以外區域，不影響焊接接頭的力學性能，使材料的綜合性能進一步提高，具有處理效率高、能夠處理傳統強化方法難以處理的部位和復雜的型面的特點，使得焊接不同區域表面應力分布趨于一致。

Laser shock strengthening deformation control method for stainless steel welding joint

A kind of stainless steel welded joints by laser shock deformation control method, through the gradient design of laser energy, the residual tensile stress of welding area by high laser energy, the residual stress of the heat affected zone and substrate with low laser energy, the transition region selection gradient energy, so that the weld zone, welding heat affected zone and substrate zone stress distribution is more uniform and avoid a single energy impact of the different regions of the stress distribution of ladder distribution and the stress concentration problem of welded joints. In the weld zone of laser shock, moving laser spot along the weld width, the harmful stress move to the region of welded joints, does not affect the mechanical properties of the welding joints, to further improve the comprehensive performance of the material, has the advantages of high processing efficiency, capable of handling traditional reinforcement methods are difficult to deal with the location and the characteristics of the complex, the welding in different regions of the surface stress distribution tends to be uniform.

【技術實現步驟摘要】
一種不銹鋼焊接接頭激光沖擊強化變形控制方法
本專利技術涉及激光表面加工領域，具體涉及一種不銹鋼焊接接頭激光沖擊強化變形控制方法。
技術介紹
隨著航空航天產品的不斷升級換代，部件的結構形式更加多樣，這對材料的加工制造提出了更高的要求，為了提高承載能力和高性能、減輕重量，采用焊接的方式進行連接，是目前普遍采用的方式。奧氏體不銹鋼因其焊態具有良好的塑性和韌性；當構件剛度不太大時，不易產生焊接裂紋，焊接性能優異。但它焊接時主要問題是產生比低碳鋼大得多的變形。過大的焊接變形，不僅影響產品尺寸精度和外觀，而且會降低其承載能力，縮短使用壽命，而矯正變形，費工、又提高成本，在矯正中或矯正后還會引起一些新的問題。因此構件焊后變形的大小，嚴重影響部件質量的優劣、施工程度的難易、生產效率等，了解產生焊接變形的原因，采取相應的控制措施，達到防止或減小焊接變形的目的，具有十分重要的意義。激光沖擊強化是最近幾十年發展起來的一種新型表面強化技術。它利用高功率脈沖激光誘導產生等離子體沖擊波對金屬材料作用，不僅能在零件表層形成數百MPa的殘余壓應力，而且可以提高零件表層硬度并使表面晶粒細化，從而顯著改善不銹鋼焊接件的抗疲勞性、耐磨損及抗應力腐蝕性能。采用激光沖擊不銹鋼焊接件可形成殘余壓應力提高其抗應力腐蝕性能，但對于薄構件焊接過程形成的應力分布不均導致接頭變形和激光沖擊過程與焊接接頭作用過程發生的變形問題，嚴重制約了激光沖擊強化在不銹鋼焊接件上的應用。
技術實現思路
為克服現有技術中存在的不銹鋼焊接件的變形問題，本專利技術提出了一種不銹鋼焊接接頭激光沖擊強化變形控制方法。本專利技術的具體過程是：步驟1，確定不同的激光沖擊強化變形區：根據焊接過程形成焊縫和熱影響區將焊接接頭激光沖擊強化變形區域分為焊縫區和焊縫外區域。所述的焊縫外區域中又劃分為焊縫與熱影響區之間的過渡區、熱影響區和基體區。所述焊縫外區域包括該焊縫兩側的區域。步驟2，確定激光沖擊路徑：所述的激光沖擊包括對焊縫的沖擊和焊縫外區域的沖擊。所確定的激光沖擊路徑分別是：確定焊縫區的激光沖擊路徑。所確定的激光沖擊路徑即為光斑的移動路徑；光斑的移動路徑為沿焊縫區寬度方向的“S”形路徑。確定的焊縫區的激光沖擊路徑是：光斑以所述焊縫一端表面一側為起點，沿該焊縫區的寬度方向移動。當光斑移動至所述焊縫區表面另一側邊沿時，光斑的移動路徑與焊縫的方向平行向該焊縫區的下方移動半個光斑的直徑。繼而，該光斑沿所述焊縫的寬度反方向移動至該光斑起點的下方；光斑繼續以與焊縫方向平行的路徑向該焊縫的下方移動半個光斑的直徑。重復上述過程，直至光斑移動至該焊縫的另一端。確定焊縫外區域的激光沖擊路徑。所確定的激光沖擊路徑即為光斑的移動路徑；光斑的移動路徑為沿焊縫的長度方向“S”形路徑。所確定的焊縫外區域的激光沖擊路徑是：光斑以所述焊縫區外一端的一側為起點，貼著該焊縫區邊緣沿該焊縫的長度方向移動，并使光斑與該焊縫的方向平行。當光斑移動至所述焊縫區邊緣另一端時，光斑的移動路徑沿該焊縫的寬度方向平行向該外側移動半個光斑的直徑。繼而，該光斑沿所述焊縫的長度反方向移動至該光斑起點的外側；光斑繼續沿焊縫的寬度方向向該焊縫區的外側移動半個光斑的直徑。步驟3，確定梯度激光能量：根據焊接接頭不同區域確定激光能量。焊縫區的激光能量選擇0.7J～6J，焊縫區與熱影響區之間的過渡區選擇0.6～5.5J能量沖擊，熱影響區選擇0.5～5J能量沖擊，熱影響區與基體之間過渡區采用0.4～4.5J的激光能量,激光的能量從焊縫區到基體，激光能量依次遞減。步驟4，光斑參數的選擇：激光光斑直徑1mm～3mm，在焊縫區上的光斑數量的整數倍為焊縫的寬度尺寸，且滿足所選的光斑直徑要使焊縫區激光功率密度≤5GW/cm2，光斑的搭接率為50％。步驟5，激光沖擊：根據所確定的激光沖擊路徑，利用納秒脈沖激光分別對焊縫區和焊縫外區域依次進行激光沖擊，完成對不銹鋼焊接接頭的第一次激光沖擊強化變形。激光沖擊焊縫區時，光斑按確定的“S”形移動路徑移動。移動時，光斑以所述焊縫區一端表面一側為起點，沿該焊縫的寬度方向移動，并使光斑與該焊縫的方向正交。當光斑移動至所述焊縫表面另一側邊沿時，光斑的移動路徑與焊縫的方向平行向該焊縫的下方移動半個光斑的直徑。繼而，該光斑沿所述焊縫的寬度反方向移動至該光斑起點的下方；光斑繼續以與焊縫方向平行的路徑向該焊縫的下方移動半個光斑的直徑。光斑在移動中，每移動半個光斑的直徑即對焊縫表面進行一次沖擊，使相鄰的光斑之間的搭接率為50％。重復上述過程，直至光斑移動至該焊縫區的另一端，完成對焊縫區的激光沖擊。激光沖擊焊縫外區域時，移動光斑至焊縫區外任意一側。移動光斑沿焊縫的長度方向進行激光沖擊。激光沖擊焊縫外區域：移動光斑至焊縫區外任意一側。移動光斑沿焊縫的長度方向進行激光沖擊。沖擊時，光斑按確定的“S”形移動路徑移動。移動時，光斑以所述焊縫區外一端的一側為起點，貼著該焊縫區邊緣沿該焊縫的長度方向移動，并使光斑與該焊縫的方向平行。采用0.6J～5.5J激光能量沖擊1～2排光斑，光斑的移動路徑與焊縫的長度方向平行。當光斑移動至所述焊縫區邊緣另一端時，光斑的移動路徑沿該焊縫的寬度方向平行向該外側移動半個光斑的直徑。繼而，該光斑沿所述焊縫的長度反方向移動至該光斑起點的外側，采用0.5～5J激光能量，光斑貼著過渡區的邊緣沿焊縫的長度方向移動，按“S”形移動路徑移動沖擊焊縫的熱影響區，直至光斑移動至熱影響區邊緣到達基體區，光斑繼續沿焊縫的寬度方向向該焊縫的外側移動半個光斑的直徑，采用0.4～4.5J激光能量沿焊縫的長度方向沖擊1～3排光斑。完成對該焊縫外一側區域的沖擊。移動時，光斑以所述焊縫區外一端的一側為起點，貼著該焊縫邊緣沿該焊縫的長度方向移動，并使光斑與該焊縫的方向平行。當光斑移動至所述焊縫邊緣另一端時，光斑的移動路徑沿該焊縫的寬度方向平行向該外側移動半個光斑的直徑。繼而，該光斑沿所述焊縫的長度反方向移動至該光斑起點的外側；光斑繼續沿焊縫的寬度方向向該焊縫的外側移動半個光斑的直徑。重復上述過程，直至光斑移動至焊縫區該側以外5～10mm，完成對該焊縫外一側區域的沖擊。光斑在移動中，每移動半個光斑的直徑即對焊縫外區域表面進行一次沖擊，使相鄰的光斑之間的搭接率為50％。完成對一側焊縫區表面第一次的激光沖擊。當完成對該焊縫外一側區域的沖擊后，移動光斑至該焊縫外另一側區域，沿焊縫的長度方向進行激光沖擊。在對該焊縫外另一側區域進行沖擊時，光斑的移動路徑如上所述，直至完成對焊縫該側區域的沖擊，即完成對另一側焊縫外區域的第一次激光沖擊。所述焊縫區與熱影響區之間的過渡區為焊縫外區域的第1～2排光斑所在的范圍；所述靠近熱影響區的基體區為焊縫外區域中最外側的1～3排光斑所在的范圍。步驟6，重復沖擊：按照所選的激光能量、光斑參數和路徑，重復步驟5，對試件進行1～2次激光沖擊強化加工。完成對不銹鋼焊接接頭的激光沖擊強化變形。本專利技術在對不銹鋼焊接接頭激光沖擊強化變形中通過合理選擇激光沖擊路徑、梯度激光能量和光斑參數，實現對焊接接頭變形的控制，使得不銹鋼焊接接頭不同區域表面產殘余壓應力趨于一致，不形成殘余拉應力。與現有技術相比較，本專利技術具有以下有益效果：通過梯度激光能量設計,對殘余拉應力大的焊接本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種不銹鋼焊接接頭激光沖擊強化變形控制方法，其特征在于，具體過程是：步驟1，確定不同的激光沖擊強化變形區：根據焊接過程形成焊縫和熱影響區將焊接接頭激光沖擊強化變形區域分為焊縫區和焊縫外區域；所述的焊縫外區域中又劃分為焊縫與熱影響區之間的過渡區、熱影響區和基體區；所述焊縫外區域包括該焊縫兩側的區域；步驟2，確定激光沖擊路徑：所述的激光沖擊包括對焊縫的沖擊和焊縫外區域的沖擊；所確定的激光沖擊路徑分別是：確定焊縫區的激光沖擊路徑；所確定的激光沖擊路徑即為光斑的移動路徑；光斑的移動路徑為沿焊縫區寬度方向的“S”形；確定焊縫外區域的激光沖擊路徑；所確定的激光沖擊路徑即為光斑的移動路徑；光斑的移動路徑為沿焊縫長度方向的“S”形；步驟3，確定梯度激光能量：根據焊接接頭不同區域確定激光能量；焊縫區的激光能量選擇0.7J～6J，焊縫區與熱影響區之間的過渡區選擇0.6～5.5J能量沖擊，熱影響區選擇0.5～5J能量沖擊，熱影響區與基體之間過渡區采用0.4～4.5J的激光能量,激光的能量從焊縫區到基體，激光能量依次遞減；步驟4，光斑參數的選擇：激光光斑直徑1mm～3mm，在焊縫區上的光斑數量的整數倍為焊縫的寬度尺寸，且滿足所選的光斑直徑要使焊縫區激光功率密度≤5GW/cm...

【技術特征摘要】
1.一種不銹鋼焊接接頭激光沖擊強化變形控制方法，其特征在于，具體過程是：步驟1，確定不同的激光沖擊強化變形區：根據焊接過程形成焊縫和熱影響區將焊接接頭激光沖擊強化變形區域分為焊縫區和焊縫外區域；所述的焊縫外區域中又劃分為焊縫與熱影響區之間的過渡區、熱影響區和基體區；所述焊縫外區域包括該焊縫兩側的區域；步驟2，確定激光沖擊路徑：所述的激光沖擊包括對焊縫的沖擊和焊縫外區域的沖擊；所確定的激光沖擊路徑分別是：確定焊縫區的激光沖擊路徑；所確定的激光沖擊路徑即為光斑的移動路徑；光斑的移動路徑為沿焊縫區寬度方向的“S”形；確定焊縫外區域的激光沖擊路徑；所確定的激光沖擊路徑即為光斑的移動路徑；光斑的移動路徑為沿焊縫長度方向的“S”形；步驟3，確定梯度激光能量：根據焊接接頭不同區域確定激光能量；焊縫區的激光能量選擇0.7J～6J，焊縫區與熱影響區之間的過渡區選擇0.6～5.5J能量沖擊，熱影響區選擇0.5～5J能量沖擊，熱影響區與基體之間過渡區采用0.4～4.5J的激光能量,激光的能量從焊縫區到基體，激光能量依次遞減；步驟4，光斑參數的選擇：激光光斑直徑1mm～3mm，在焊縫區上的光斑數量的整數倍為焊縫的寬度尺寸，且滿足所選的光斑直徑要使焊縫區激光功率密度≤5GW/cm2，光斑的搭接率為50％；步驟5，激光沖擊：根據所確定的激光沖擊路徑，利用納秒脈沖激光分別對焊縫區和焊縫外區域依次進行激光沖擊，完成對不銹鋼焊接接頭的第一次激光沖擊強化變形；步驟6，重復沖擊：按照所選的激光能量、光斑參數和路徑，重復步驟5，對試件進行1～2次激光沖擊強化加工；完成對不銹鋼焊接接頭的激光沖擊強化變形。2.如權利要求1所述不銹鋼焊接接頭激光沖擊強化變形控制方法，其特征在于，步驟2中所確定的焊縫區的激光沖擊路徑是：光斑以所述焊縫一端表面一側為起點，沿該焊縫區的寬度方向移動；當光斑移動至所述焊縫區表面另一側邊沿時，光斑的移動路徑與焊縫的方向平行向該焊縫區的下方移動半個光斑的直徑；繼而，該光斑沿所述焊縫的寬度反方向移動至該光斑起點的下方；光斑繼續以與焊縫方向平行的路徑向該焊縫的下方移動半個光斑的直徑；重復上述過程，直至光斑移動至該焊縫的另一端。3.如權利要求1所述不銹鋼焊接接頭激光沖擊強化變形控制方法，其特征在于，步驟2中所確定的焊縫外區域的激光沖擊路徑是：光斑以所述焊縫區外一端的一側為起點，貼著該焊縫區邊緣沿該焊縫的長度方向移動，并使光斑與該焊縫的方向平行；當光斑移動至所述焊縫區邊緣另一端時，光斑的移動路徑沿該焊縫的寬度方向平行向該外側移動半個光斑的直徑；繼而，該光斑沿所述焊縫的長度反方向移動至該光斑起點的外側；光斑繼續沿焊縫的寬度方向向該焊縫區的外側移動半個光斑的直徑。4.如權利要求1所述不銹鋼焊接接頭激光沖擊強化變形控制方法，其特征在于，激光沖擊焊縫區時，光斑按確定的“S”形移動路徑移動...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李玉琴，王學德，孟長軍，張百靈，康進興，李益文，
申請(專利權)人：中國人民解放軍空軍工程大學，
類型：發明
國別省市：陜西,61