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1、10申请公布号CN102127630A43申请公布日20110720CN102127630ACN102127630A21申请号201010018210522申请日20100119C21D9/50200601C21D1/0920060171申请人江苏工业学院地址213016江苏省常州市钟楼区白云路72发明人孔德军张永康王文昌周朝政裴峻峰胡爱萍74专利代理机构南京知识律师事务所32207代理人汪旭东54发明名称X70管线钢焊接接头激光冲击强化处理方法57摘要X70管线钢焊接接头激光冲击强化处理方法，在X70管线钢焊接接头表面依次设有能量吸收层、约束层，其特征在于采用激光冲击强化处理时，激光脉冲宽度。
2、为22NS23NS，波长为1054M，放大自发辐射脉宽为1S，输出激光用焦距为2M聚焦系统进行聚焦，聚焦光斑直径为5MM8MM，激光脉冲功率约为20109W，焊接接头表面光斑重叠面积60。经激光冲击强化后管线钢接头表面产生塑性变形、晶粒细化和残余压应力，有效地增加了管线钢焊接接头抗H2S应力腐蚀和氢致开裂性能。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书2页附图2页CN102127635A1/1页21X70管线钢焊接接头激光冲击强化处理方法，在X70管线钢焊接接头表面依次设有能量吸收层、约束层，其特征在于采用激光冲击强化处理时，激光脉冲宽度为22NS23N。
3、S，波长为1054M，放大自发辐射脉宽为1S，输出激光用焦距为2M聚焦系统进行聚焦，聚焦光斑直径为5MM8MM，激光脉冲功率为20109W，焊接接头表面激光光斑重叠面积60。2权利要求1所述的激光冲击强化处理方法，其特征在于能量吸收层为01MM厚的铝箔，约束层为2MM厚的水。权利要求书CN102127630ACN102127635A1/2页3X70管线钢焊接接头激光冲击强化处理方法技术领域0001本发明涉及利用激光冲击波在X70管线钢焊接接头表面的强化处理方法，特指激光冲击处理在X70管线钢焊接头表面产生晶粒细化和残余压应力的方法，提高了管线钢焊接接头抗H2S应力腐蚀和氢致开裂的性能，属于材料。
4、表面改性处理领域。背景技术0002X70管线钢服役条件多为潮湿土壤和沙漠环境，输送介质含H2S等酸性物质较多，腐蚀是影响管道系统可靠性及使用寿命的关键因素。为在高压输送管线的焊接部位，尤其是铺设管线的焊接部位是失效事故的多发位置。焊接引起的残余应力对材料力学性能有重大影响，高的残余拉应力能导致结构内部产生裂纹，降低了管线钢焊接接头抗H2S应力腐蚀和氢致开裂的能力。0003X70管线钢一般是通过埋弧自动焊接方法实现由板材成型为管材，由于焊接过程中量大热源的输入，容易出现焊接残余应力，降低了焊接接头机械性能，同时填充材料和焊缝两侧材料经过熔化重新结晶，最终在焊接接头表面形成铸态组织，容易出现气孔、。
5、缩松等焊接缺陷，致使焊接接头强度降低，一般只有基材强度的5060，目前主要通过外场作用如喷丸、超声波、爆炸、碾压、锤击等方法改善焊接接头的性能。与上述传统工艺方法相比，激光冲击处理是一种提高焊接接头疲劳强度的新方法，具有材料应变率高106107S1、残余压应力层深、激光束可达性好以及工艺参数易精确控制等优点，在铁道车辆、食品设备、原子能和造船等工业中得到广泛的应用。0004本发明专利提出的激光冲击处理强化X70管线钢焊接接头是一种有效的提高焊接接头抗H2S应力腐蚀和氢致开裂方法，它可以改善焊接接头表面的几何形状，消除焊接接头表面缺陷和产生有益于提高疲劳寿命的残余压应力，有利于提高管线钢焊接接头。
6、抗H2S应力腐蚀和氢致开裂的能力。发明内容0005本发明利用激光冲击波在X70管线钢焊接接头表面层形成了一层致密塑性变形层，使其表面显微硬度得到明显提高，在X70管线钢接接头表面形成有利的残余压应力层，消除致裂残余拉应力，在表面残余压应力与表层晶粒细化双重作用下，能有效地改善管线钢焊接接头抗H2S应力腐蚀和氢致开裂性能。0006本发明的KQ开关钕玻璃脉冲激光冲击处理管线钢焊接接头的技术参数为输出波长1054NM、脉宽22NS、峰值功率GW量级，最大的有效光斑直径为5MM，激光脉冲功率20109W。0007X70管线钢焊接接头激光冲击强化处理方法，其特征在于激光脉冲宽度为22NS23NS，波长为。
7、1054M，放大自发辐射脉宽为1S，输出激光用焦距为2M聚焦系统聚焦，聚焦光斑直径为5MM8MM，激光脉冲功率为20109W。将X70管线钢焊接接头表面覆盖01MM厚铝箔作为能量吸收层，采用2MM厚的水作为约束层，激光冲击处理焊接接头说明书CN102127630ACN102127635A2/2页4表面光斑重叠面积60。经激光冲击强化后管线钢接头表面产生塑性变形、晶粒细化和残余压应力，有效地增加了管线钢焊接接头抗H2S应力腐蚀和氢致开裂性能。塑性变形减少了气孔和缩松等焊接缺陷，降低了表面粗糙度，使焊接接头组织致密化。激光冲击处理在焊接接头表面形成组织均匀的细晶强化层，消除了表面层组织的不均匀性，。
8、可以有效增加位错运动的阻力，增加接头表面塑性变形抗力，阻碍滑移台阶的形成与扩展。激光冲击波在焊接接头表面形成均匀分布的压应力，可以抑制裂纹的萌生和扩展，提高接头H2S应力腐蚀和氢致开裂性能。附图说明0008图1为激光冲击处理X70管线钢焊接接头示意图00091、激光冲击波；2、焊缝区；3、熔合区；4、热影响区；5、基体；6、水；7、铝箔0010图2为激光冲击处理后X70管线钢焊接接头表面形貌0011图3为激光冲击处理后X70管线钢焊接接头断面金相0012图4为激光冲击处理前后焊接接头表面强化层00138、基材9、强化层0014图5为激光冲击处理前后焊接接头的残余应力A原始状态B激光冲击处理后具。
9、体实施方式0015利用激光冲击波对X70钢焊接接头表面进行强化处理，如图1所示，激光脉冲宽度为22NS23NS，波长为1054M，放大自发辐射脉宽为1S，输出激光用焦距为2M聚焦系统聚焦，聚焦光斑直径为5MM8MM，激光脉冲功率约为20109W。以01MM铝箔作为吸收层，用2MM厚的水作为约束层，对管线钢焊接接头表面进行激光冲击，激光冲击处理焊接接头表面光斑重叠面积60。经激光冲击处理后焊接接头显微组织发生了明显的变化，焊接接头表层晶粒细化，如图2所示。表层发生了剧烈的塑性变形，变形程度随着深度的增加逐渐变小，如图3所示，在激光冲击过程中，变形是由表及里逐渐向心部发展。激光冲击处理后焊接接头中。
10、无论是气孔的数量还是单个气孔的体积都明显减少，焊接接头组织更加致密。激光冲击处理在表层产生了塑性变形，微小的气孔或缩松被挤压，使组织更加致密化，发生了晶粒细化，平均晶粒尺寸减小，可以降低其腐蚀速度。经激光冲击处理后X70管线钢焊接接头表面形成了约10M的强化层，其组织表现为晶粒细化，如图4所示，有利于提高材料的抗H2S应力腐蚀和氢致开裂的性能。0016激光冲击处理后的残余应力值由拉应力3295MPA转化为压应力2976MPA，如图5所示，压应力明显增大，X衍射半高宽值也明显增加。激光冲击处理导致材料晶粒碎化，晶粒尺寸变小，得到了更高的残余压应力。0017激光冲击处理后试样表面显微硬度由220235HV提高到250265HV，使焊缝区、熔合区和热影响区表面硬度明显提高，改善了X70管线钢焊接接头的力学性能。说明书CN102127630ACN102127635A1/2页5图1图2图3说明书附图CN102127630ACN102127635A2/2页6图4图5说明书附图CN102127630A。