[发明专利]一种可消除熔覆层界面的海工平台桩腿激光复合修复方法

说明书

本发明提供了一种可消除熔覆层界面的海工平台桩腿激光复合修复方法，涉及激光加工技术领域，包括提取海工平台桩腿缺陷模型、对缺陷区域机加工获取适合熔覆修复的形状、配置熔覆粉末、调控激光熔覆工艺参数、激光冲击强化、通过EBSD观测界面消除效果、调控激光冲击工艺参数、去除高于零件表面的熔覆层等步骤，完成对海工平台桩腿损伤处的修复。本发明通过选用与海工平台桩腿基体阻抗相近的熔覆粉末，并调控熔覆工艺参数以及冲击工艺参数，利用激光冲击产生的冲击波在接近的阻抗材料界面处产生大规模透射，细化熔覆层晶粒以及熔覆层和海工平台桩腿基体之间界面区域的晶粒，消除界面，从而提高海工平台桩腿零部件修复后的整体强度。

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，尤其涉及一种可消除熔覆层界面的海工平台桩腿激光复合修复方法。

背景技术

随着油气勘探开发逐渐从陆地转向海洋，对海洋工程平台的需求与日俱增。由于海洋工程平台长期工作在恶劣环境中，所以设计寿命与安全性成为海洋工程平台持续追求的目标。在诸多工程材料中，690高强钢兼具耐腐蚀和高强度的优点，使其成为海洋工程平台桩腿的主流结构材料。但工作在浪溅区和潮差区的690高强钢不可避免的会受到海水腐蚀和海洋生物附着，形成腐蚀凹坑，造成桩腿结构不稳定，齿轮或齿条啮合造成的点蚀等，如果不定期对腐蚀处进行处理则会形成安全隐患。

激光熔覆修复是一种修补缺损表面的先进制造技术，具有可控性强、效率高、自动化程度高等优点，但也有许多由于技术壁垒引发的缺点，这些缺点易使熔覆修复层的晶粒粗大，甚至微观组织产生缺陷。而激光冲击作为表面力学处理的新手段，能在修复层表面引入均匀残余压应力的同时细化晶粒，减少乃至消除组织缺陷，因此用激光冲击技术细化熔覆修复层的晶粒尺寸十分恰当和必要。

授权公告号为CN104480476B的中国专利公开了一种金属损伤件激光热力组合再制造方法，每熔覆修复一层后均进行激光冲击处理，细化整体熔覆层晶粒，改善了熔覆层中微孔等缺陷。但是后续熔覆工艺会破坏之前激光冲击的工艺，下一次激光熔覆在上一次激光冲击强化区域形成熔融区，已被细化的晶粒在高温中再结晶形成大晶粒，并且激光冲击强化的作用无法保证。另外，激光熔覆工艺中由于界面的存在，容易产生局部应力集中，影响构件的使用寿命，同时熔覆层与基体的结合强度较低，极易造成开裂，零件修复达不到预期的效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种可消除熔覆层界面的海工平台桩腿激光复合修复方法，通过调配海工平台桩腿专用的熔覆粉末，调控熔覆层的厚度和扫描间隙等工艺参数，结合激光冲击强化消除熔覆层与海工平台桩腿基体之间的界面，增强熔覆层与基体之间、熔覆层与熔覆层之间的结合强度，提高修复后的材料强度、塑性和各向异性，从而提高海工平台桩腿零部件修复后的使用性能。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种可消除熔覆层界面的海工平台桩腿激光复合修复方法，具体包括以下步骤，

S1、根据海工平台桩腿损伤部位的形状、大小和深度提取缺陷模型，对凹坑初步分层设计；

S2、对损伤区域进行机加工，去除损伤表层，根据损伤的形状加工出相应形状的修复区域；

S3、根据海工平台桩腿基体的化学成分，调制用于修复损伤海工平台桩腿专用熔覆粉末；其中，海工平台桩腿材料为690高强钢，其桩腿基体的化学成分及重量百分比具体为：碳0.1％-0.2％、硅0.3％-0.5％、锰1.5％-1.8％、磷0.1％-0.3％、硫0.01％、铬1.5％-2.2％、镍3.5％-4％、钼0.6％-0.8％、钒0.08％，余量为铁；熔覆粉末的化学成分及重量百分比具体为：碳0.1％-0.2％、硅0.5％-0.7％、锰1.7％-2％、磷0.1％-0.3％、硫0.01％、铬0.1％-0.2％、镍3％-4.5％、钼0.3％-0.5％、钒0.05％，余量为铁；