[发明专利]超声冲击控制Fe基熔修层热裂及残余应力的方法

说明书

技术领域

本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种超声冲击控制Fe基熔修层热裂及残余应力的方法。

背景技术

材料的疲劳断裂、磨损、腐蚀以及氧化等，一般都是从表面开始的，由此带来的破坏和损失是十分惊人的，仅腐蚀一项，全世界每年损耗金属达一亿吨以上。因此，采用各种表面强化技术，改善材料表面性能，加强材料表面防护对材料的疲劳破坏、磨损以及腐蚀都具有十分重要的意义。

但是若堆焊材料与基体材料成分不同，那么在堆焊时必定会产生一层组织和性能与基材或堆焊层都不相同的过渡层。如果该过渡层是脆性的，那么必定会恶化堆焊层的性能。堆焊过程中，堆焊材料和基体材枓之间的冶金上的相容性和物理相容性都非常重要。冶金学上是否相容取决于它们在液态和固态时的互溶性以及堆焊焊过程中是否产生脆性相。堆焊材料和基材的物理相容性足指两者之间的熔化温度、膨胀系数、热导率等物理性能相差尽可能小。因为这些差异会影响堆焊过程中的热循环过程和结晶的条件，导致焊接应力增加，降低连接处的质量。Fe基自熔性合金粉末熔覆过程中很容易产生一些质量缺陷，如气孔、夹杂、裂纹、成分偏析等。熔覆层表面硬度高，抗裂性差，合金粉末中禽有较高的碳、硅和硼元素，它们与其他合金元素形成合金化合物，这些合金化合物硬度较高，韧性较差，产生裂纹的倾向大。且焊后存在着较大的残余应力，对工件的寿命及焊后加工产生严重影响。

熔覆层裂纹的解决方法基本是以合金元素的添加和焊接工艺的调整为出发点，但在实际焊接生产中难以从根本上解决堆焊层裂纹的问题。而焊接残余应力的调整因熔覆层与基材间的材料参数的不同，使得难以采用焊后热处理的方式。所以在控制Fe基自熔性合金粉末熔修层热裂及残余应力这些工艺方法具有一些成效，但都存在着局限性和效率低的问题。

超声冲击处理技术，是利用高速弹射的针头在室温下撞击工件的表面，使表层材料产生弹、塑性变形，并通过振动细化晶粒，从而提高工件表面强度、塑韧性、疲劳强度和抗应力腐蚀的表面工程技术。

发明内容

为了克服现有技术中消除降低Fe基自熔性合金粉末熔修层热裂及残余应力的工艺方法的不足和缺点，本发明提供一种效率高、效果显著的适用于熔修层厚度为0.5mm~3mm的Fe基自熔性合金粉末熔修层热裂及残余应力控制的超声冲击处理工艺。

一种超声冲击降低Fe基熔修层热裂及残余应力的方法，按照以下步骤进行：

第一步：控制热裂的超声冲击枪的安装：将两把控制热裂的超声冲击枪安装在距前端焊炬35~40mm处，超声冲击枪垂直于被处理的工件表面，冲击头直径为3~4mm，冲击针头的硬度应保证不低于55HRC；

第二步：控制残余应力的超声冲击枪的安装：将一控制残余应力的超声冲击枪安装在距前端焊炬100~120mm处，超声冲击枪垂直于被处理的工件表面，冲击头直径为5~6mm，冲击针头的硬度应保证不低于55HRC；

第三步：对熔修层厚度为0.5mm~3mm的Fe基自熔性合金粉末熔修层，在焊接过程中同时采用控制热裂的超声冲击枪和控制残余应力的超声冲击枪进行冲击处理：采用控制热裂的超声冲击枪，利用针头高速撞击待处理区域，冲击头作用位置应包括焊趾及热影响区，采用三针头冲击，冲击频率为40KHz；输出功率500W；

采用控制残余应力的超声冲击枪，利用针头高速撞击待处理区域，冲击头作用位置为熔修层部位，采用三针头冲击，冲击频率为20KHz，输出功率：600W；经处理的Fe基自熔性合金粉末熔修层热裂得到控制，表面无热裂出现；修复处纵向焊接残余应力降低为原来的5%。

所述控制热裂的冲击处理枪具体参数为输出功率：500W；输出频率：40KHz；输出振幅：100um；冷却方式：风冷；处理速度：0.1m~0.3m/min；电压：AC，220V，50Hz。

所述控制残余应力的冲击枪具体参数为：输出功率：600W；输出频率：20KHz；输出振幅：50um；冷却方式：风冷；处理速度：0.1m~0.3m/min；电压：AC，220V，50Hz。

本发明的有益效果：