[发明专利]一种超低温环境下激光冲击强化焊接件的方法和装置

说明书

技术领域

本发明属于激光加工领域，尤其涉及一种超低温环境下激光冲击强化焊接件的方法和装置。

背景技术

随着液化天然气(LNG)的推广应用，对建造新LNG设施的需求也在不断增加。其中，撬装式LNG加气站因其占地少、投资小、建站快和易整体搬迁等优势而倍受关注。在撬装式LNG加气站关键技术组成部分中，受储罐、低温泵和输送管道等处超低温环境下焊接工艺关键技术制约，导致了LNG加气站存在无损储存时间短等不足。而且在非常低的工作温度下，焊接件容易发生恶性脆性断裂事故。因此，有必要提高焊接件在超低温环境下服役时间。

解决上述超低温下焊接件服役时间短的问题，可以从两个方面综合考虑：一方面要提高焊接件的机械性能，如韧性、抗腐蚀性等；另一方面也要考虑实验室进行超低温试验装置的简易性和可行性。激光技术如今被人们所认可并且大规模的开发利用，出现了激光冲击强化、激光熔覆、激光雕刻和激光切割等一些先进的特种加工技术。将激光冲击强化技术运用到改善焊接件在超低温环境下的服役状况，是值得考虑和研究的工作。

中国专利申请第200480012167.4号公开了一种焊接物的受控热膨胀以提高韧性，其通过控制焊接物覆层在冷却过程中的热收缩来提高焊接物类覆层的韧性，提出用金属覆层应用到衬底上，由于金属合金覆层和衬底之间的界面上，衬底金属至少部分熔融，并与该合金结合形成冶金结合，当该金属合金冷却时，则会经历相对热收缩程度，在衬底和合金之间的冶金结合限制了合金在与衬底界面处的收缩，从而在金属合金覆层中引入压应力，阻止裂纹在覆层中的形成。该方法对焊接工艺要求比较严格，没有涉及对超低温环境下已焊接的焊接件进行优化的方法。

有鉴于此，有必要提供一种新的超低温环境下激光冲击强化焊接件方法和装置。

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题是：提供一种新的超低温环境下激光冲击强化焊接件的方法和装置。以增加焊接件焊缝区域的位错密度，提高超低温条件下焊接件的韧性、抗腐蚀性以及其他机械性能。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种超低温环境下激光冲击强化焊接件的方法，包括：

（1）提供一焊接件，该焊接件具有焊缝区域；

（2）将所述焊接件浸入液氮中，对所述焊缝区域进行激光冲击强化处理。

相应地，本发明还公开了一种激光焊接装置，包括：

超低温控制装置，包括液氮收容槽，该液氮收容槽中收容有液氮，所述焊接件浸没于所述液氮中；

激光强化装置，发射激光束，并对所述焊缝区域进行激光冲击强化处理。

作为本发明的进一步改进，所述激光焊接装置还包括：

设于所述液氮收容槽内的工作台系统，该工作台系统包括五轴联动工作台和夹具，所述焊接件承载于所述五轴联动工作台的上表面并被所述夹具固持；

计算机控制系统，控制激光强化装置发射激光束并控制所述工作台系统的移动。

作为本发明的进一步改进，所述激光焊接装置还包括监控探头，该监控探头滑动设于所述液氮收容槽内，所述计算机控制系统控制所述监控探头的移动。

作为本发明的进一步改进，所述液氮收容槽为双层真空隔离设计，包括不锈钢外层和不锈钢内层，所述不锈钢外层和不锈钢内层之间形成有真空腔，所述不锈钢内层的顶端密封有环氧板。

作为本发明的进一步改进，所述超低温控制装置还包括一杜瓦液氮储存容器，所述杜瓦液氮储存容器通过输送管道将液氮提供至所述液氮收容槽内。

作为本发明的进一步改进，所述激光强化装置包括纳秒激光器、准直镜以及连接在所述纳秒激光器和所述准直镜之间的光纤，所述准直镜位于液氮收容槽内且位于所述焊接件的上方。

作为本发明的进一步改进，所述焊接件的上表面设有吸收层，所述吸收层为铝箔。

作为本发明的进一步改进，所述吸收层与所述液氮上表面之间的距离为1～2mm。

本发明的有益效果：

(1)利用超低温环境下的焊接件的激光冲击强化，能够明显增加焊接件焊缝区域的位错密度，提高焊接件焊缝区域的韧性、硬度和抗腐蚀能力。

(2)液氮作为超低温激光冲击的辅助环境和激光冲击强化时的约束层，具有双重作用，巧妙地构建了超低温激光冲击强化焊接件的装置；

(3)在与焊接件相同的工作条件的超低温环境下采用纳秒激光束冲击强化焊接件的焊接件焊缝区域，实现加工环境和服役环境的一致性，最大限度地提高焊接件在超低温环境下的使用寿命。

附图说明