[发明专利]一种提高不锈钢焊缝耐腐蚀性的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及提高金属表面特性的领域，具体涉及一种提高不锈钢焊缝耐腐蚀性技术。

背景技术

不锈钢焊接件由于良好的机械性能和低价格而被广泛用于化学化工、沿海、石油化工等领域，但不锈钢焊接件在焊接接头处容易发生晶间腐蚀、点蚀和应力腐蚀开裂，这严重制约了不锈钢焊接件在腐蚀环境下的应用。因此提高焊缝的耐腐蚀性能成为迫切需要解决的问题。为了提高不锈钢焊缝的耐腐蚀性，国内外也进行了不少的研究，其中激光冲击强化作为一种新兴技术被广泛用于提高不锈钢焊缝耐腐蚀性能。

激光冲击强化技术是最重要的一种表面改性技术，它可以在材料表面产生两三百兆帕的残余压应力，并使不锈钢表面组织发生晶粒细化，在两者的双重作用下使得不锈钢焊缝的耐腐蚀性能得到提高。

目前国内对如何提高不锈钢焊缝耐腐蚀性的报道比较少，主要有专利申请号为200610166256.5的发明专利，发明名称为：一种提高奥氏体不锈钢焊接接头耐腐蚀方法，提出了一种用重熔工艺来提高不锈钢焊接接头的耐腐蚀性。尚未发现通过激光熔化注入金属腐蚀抑制剂颗粒结合激光冲击强化的方法来提高不锈钢焊缝耐腐蚀性的报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高不锈钢焊缝耐腐蚀性的方法和装置。为了能在不锈钢焊缝区域增加一层具有防腐蚀性的涂层和在不锈钢焊缝区域形成较深的晶粒细化层、深度超过1 mm的高幅残余压应力层，大幅提高不锈钢焊缝的耐腐蚀性能。

为了解决以上这些问题，本发明采用的技术方案如下。

一种提高不锈钢焊缝耐腐蚀性的方法，其特征在于步骤如下：

步骤1，选取一块带有焊缝的不锈钢焊接件，对其进行预处理，并将预处理好的不锈钢焊接件固定在三轴数控工作台上；

步骤2，将20-50 nm金属腐蚀抑制剂颗粒放入送粉器内，调节送粉喷嘴相对于不锈钢焊缝表面法线的角度至30o，通过移动送粉喷嘴从而确定金属腐蚀抑制剂颗粒注入熔池的位置与连续激光照射在不锈钢焊缝上位置之间的距离为5-10 mm；

步骤3，用计算机控制系统控制二氧化碳激光器发出激光束直接照射不锈钢焊缝表面，在不锈钢焊缝表面形成1000°-1500°熔池，间隔3秒后通过送粉喷嘴向熔池喷射金属腐蚀抑制剂颗粒，从而在不锈钢焊缝的表面形成一层致密性良好的防腐蚀层；

步骤4，对形成的防腐蚀层进行抛光，使其表面光滑平稳，降低防腐蚀层的表面粗糙度，抛光后的防腐蚀层厚度大于0；

步骤5，在抛光后带有防腐蚀层的不锈钢焊接件上贴有柔性贴膜，再根据不锈钢焊接件的厚度和材料特性设置脉冲激光参数，脉宽、重复频率、脉冲能量及光斑直径，从而实现对不锈钢焊缝以及整个热影响区域进行激光冲击强化。

所述的金属腐蚀抑制剂颗粒为磷酸钾镁、磷酸钠镁和磷酸氢镁中任一种；所述金属腐蚀抑制剂颗粒直径大小为20-50 nm。

所述的抛光后的防腐蚀层厚度为0.2-0.4 mm。

所述的步骤3中进行激光熔化注入时，二氧化碳激光器参数为：激光功率为3-6 KW，扫描速度为0.2-1.0 m/min，送粉量为60-150 mg/s，光斑尺寸为1-5mm，在步骤5中进行激光冲击强化时，纳秒激光器脉冲激光参数为：脉宽8-30 ns，重复频率为10-20 Hz，脉冲能量为5-15 J，光斑直径为1-5 mm。

一种所述的提高不锈钢焊缝耐腐蚀性的方法的装置，其特征在于：包括计算机控制系统(1)、送粉器(2)、氩气保护装置(3)、二氧化碳激光器(4)、全反光镜(5)、透射镜(6)、送粉喷嘴(7)、连续激光(8)、不锈钢焊接件(9)、夹紧装置(10)、三轴数控工作台(11)、柔性贴膜(12)、脉冲激光(13)、透射镜(14)、全反光镜(15)和纳秒激光器(16)；三轴数控工作台(11)、送粉器(2)、二氧化碳激光器(4)、纳秒激光器(16)、透射镜(6)和透射镜(14)分别与计算机控制系统(1)相连；二氧化碳激光器(4)出光前方装有全反光镜(4)，全反光镜(5)正下方设有透射镜(6)；纳秒激光器(16) 出光前方装有全反光镜(15)，全反光镜(15)正下方设有透射镜(14)；夹紧装置(10)被固定在三轴数控工作台(11)上；送粉器(2)和氩气保护器(3)为送粉喷嘴(7)提供金属腐蚀抑制剂颗粒与氩气；柔性贴膜(12)贴在不锈钢焊接件(9)上。