[发明专利]一种储氢瓶的激光喷丸装置及其制作方法

说明书

本发明提供了一种储氢瓶的激光喷丸装置，包括激光发射装置和喷水装置；所述激光发射装置用于产生激光束，所述激光束用于射入储氢瓶筒体的待弯曲部位；所述喷水装置用于产生水流束，所述水流束用于射入所述激光束的射入点附件表面；所述水流束和激光束均相对于储氢瓶筒体轴线做回转运动；所述储氢瓶筒体固定安装；所述激光发射装置产生绕储氢瓶筒体轴线旋转的激光束；所述喷水装置产生绕储氢瓶筒体轴线旋转的水流束。本发明利用激光冲击在靶材上的动态响应过程和高速冲击后的回弹过程诱导表面残余压应力抑制在高压临氢环境下氢致裂纹的扩展。

技术领域

本发明涉及储氢瓶的制作领域或者回转体激光喷丸领域，特别涉及一种储氢瓶的激光喷丸装置及其制作方法。

背景技术

氢能具有储量丰富、可再生、可储运等优点，其作为新型清洁能源的首选，已被广泛应用于汽车、航空、船舶等行业，氢能的利用对于解决目前制约全球经济发展的“能源短缺”和“环境污染”两大难题具有重要战略意义。高压储氢由于设备结构简单、压缩氢气制备能耗低等优点，成为目前占主导地位的储氢方式，其中，高压储氢容器如储氢瓶是高压储氢系统的关键设备。然而，临氢设备常用金属材料在高压气态氢环境下长期工作，会出现塑性降低、裂纹扩展速率加快的高压氢脆现象，导致关键结构件在服役期内过早失效。

针对临氢设备常用金属材料的抗氢脆延寿问题，国内外学者主要从两个方面开展了相关研究：一是在金属材料表面制备特殊涂层以阻止氢渗透行为，二是采用传统表面形变改性工艺来抑制材料对氢的吸收。例如国内发明专利提出了一种抗氢脆、抗硫化腐蚀的加氢裂化专用热电偶，随后在热电偶表面又制备了一层保护层，达到更好的抗氢脆效果，所述抗氢脆保护层制备方法主要是在表面预制喷涂一层纳米陶瓷，后经CO2激光器重溶，制成0.5-0.8mm厚度的耐高温氢脆腐蚀保护层，可以有效提高法兰和保护管合金在炼油化工加氢裂化、制氢过程中氢脆开裂和腐蚀断裂问题，大大延长了产品的使用周期。然而，储氢瓶关键结构件长期服役于高压储氢环境以及氢的充放交变压力会降低表面镀层与基体的结合强度，加块腐蚀失效进程，且在储氢瓶内表面制备涂层可能会影响氢的纯度。例如日本期刊文献里的描述，通过空化喷丸诱导的表面残余压应力防止不锈钢中的氢脆，证明了空化喷丸引起的压缩残余应力可以减少奥氏体不锈钢表面的氢侵蚀，但传统的机械喷丸、空化射流喷丸等工艺易导致处理表面粗糙度增大，从而促进氢的吸附，削弱了强化效果。

近年来光力热学科的交叉发展，尤其是激光和材料相互作用产生热、力效应的应用引起广泛关注。其中，激光喷丸强化(Laser Peening-LP)技术作为一种新颖的且质量上佳表面改性工艺，已被应用于金属零件抗腐蚀、抗氢脆以及抗疲劳性能等研究。但现阶段很多研究集中于金属材料及其标准力学试样的抗氢脆性能，但标准试样的研究结果应用于实际工程部件往往存在一定的偏差。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种储氢瓶的激光喷丸装置及其制作方法，通过将激光喷丸强化材料工艺与储氢瓶生产工艺结合，可以提高储氢瓶关键结构部位的抗氢脆性，增强其服役寿命。储氢瓶在弯曲部位最易发生氢脆失效，而在储氢瓶的制造过程中是先将金属融化轧成无缝圆柱筒体然后再开展弯曲工艺，本发明提出在金属融化轧制成无缝圆柱筒体但还未进行弯曲工艺前，在圆柱筒体即将要弯曲处进行大面积的激光喷丸处理，通过激光喷丸在靶材上的动态响应过程和高速冲击后的回弹过程诱导表面残余压应力，以及高密度位错与细化晶粒，能强有力地抑制处理表面的氢入侵，以提升整体储氢罐的抗氢脆性能，进而提升其服役寿命的方法及装置。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种储氢瓶的激光喷丸装置，包括激光发射装置和喷水装置；所述激光发射装置用于产生激光束，所述激光束用于射入储氢瓶筒体的待弯曲部位；

所述喷水装置用于产生水流束，所述水流束用于射入所述激光束的射入点附件表面；

所述水流束和激光束均相对于储氢瓶筒体轴线做回转运动。