CN103421933A - 一种消除x80管线钢焊接接头残余应力的方法 - Google Patents

一种消除x80管线钢焊接接头残余应力的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103421933A
CN103421933A CN2013101404807A CN201310140480A CN103421933A CN 103421933 A CN103421933 A CN 103421933A CN 2013101404807 A CN2013101404807 A CN 2013101404807A CN 201310140480 A CN201310140480 A CN 201310140480A CN 103421933 A CN103421933 A CN 103421933A
Authority
CN
China
Prior art keywords
laser
laser beam
welded joints
welding joint
heat treatment
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2013101404807A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103421933B (zh
Inventor
孔德军
叶存冬
王文昌
付贵忠
张垒
吴永忠
龙丹
蔡金龙
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pizhou Borui Investment Management Co.,Ltd.
Original Assignee
Changzhou University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Changzhou University filed Critical Changzhou University
Priority to CN201310140480.7A priority Critical patent/CN103421933B/zh
Publication of CN103421933A publication Critical patent/CN103421933A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103421933B publication Critical patent/CN103421933B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Abstract

一种消除X80管线钢焊接接头残余应力的方法，属于先进材料表面改性处理领域。本发明是一种利用激光热处理效应消除X80管线钢焊接接头残余应力的方法。经激光热处理处理后，X80管线钢焊接接头由于焊接热效应产生的残余拉应力得到了释放了，形成了低应力状态，有利提高管线钢焊管抗应力腐蚀能力。

Description

一种消除X80管线钢焊接接头残余应力的方法
技术领域
本发明专利是一种利用激光热处理效应消除X80管线钢焊接接头残余应力的方法。经激光热处理处理后，X80管线钢焊接接头由于焊接热效应产生的残余拉应力得到了释放了，形成了低应力状态，有利提高管线钢焊管抗应力腐蚀能力；本专利提出的利用激光热效应对焊接接头表面进行改性处理的方法，属于先进材料表面改性处理领域。 
背景技术
焊接是X80管线钢焊管成型过程中不可缺少的一道工艺，由于在焊接过程中管线钢经历了一系列复杂的非平衡物理化学过程，从而造成焊缝和热影响区的化学成分不均匀、晶粒粗大、组织偏析等缺陷，焊接接头的残余应力处于拉应力状态，严重降低了X80管线钢抗应力腐蚀性能；为解决上述问题，本专利利用激光热处理效应对管线钢焊接接头进行表面改性处理，使其处于低残余应力状态；本发明专利提出把激光分束后，重新聚焦成两束激光，利用两束激光同时对X80管线钢焊接接头进行热处理，可以改善焊接接头的应力状态，提高生产效率，为提高管线钢焊接头抗应力腐蚀性能提供良好的保证。 
发明内容
本发明专利提出激光热处理消除X80管线钢焊接接头残余应力的方法，热处理用激光器为二氧化碳激光器，最大输出功率5kW，热处理的具体工艺参数根据具体实施步骤（1）进行确定，使用单束激光对X80管线钢焊接接头进行热处理，由于受到光斑直径的限制，需要对焊接接头进行多次激光扫描，耗费时间较长。本专利对激光进行分束，在分成能量相同的两束激光后，重新进行聚焦，通过双束激光同时进行热处理，可以提高激光淬火的效率；在激光热处理过程中，使两束激光并行进行热处理，根据焊接接头的具体尺寸，确定光斑直径和两光束间的距离。 
如图1所示，激光器发射高能激光经反射镜（2）反射，照射到分光镜上（3）上，分光镜把经反光镜反射的激光分成两束光，经分光镜反射后的激光照射到聚焦镜（5）上，激光会重新聚合成高能量密度的激光束。通过调整分光镜锲形角的大小可以调整左右激光束间距，两束激光能同时对焊接接头进行淬火，提高工作效率；X80管线钢焊接接头热处理分两次完成，第一次热处理，第一激光束沿焊接接头的一端边缘扫描，第二激光束在X80管线钢焊接接头中间表面扫描；第二次热处理，两束激光束整体偏移，第一激光束在X80管线钢焊接接头中间表面扫描，第二激光束沿焊接接头另一端边缘扫描，通过选择激光束光斑大小和调整两束激光束之间的间距，使得两次热处理扫描能够覆盖X80管线钢焊接接头的全部表面，前后两次扫描激光束之间应形成搭接。 
在激光热处理过程中，X80管线钢管线焊管水平放置在V型固定支座上，用定位标杆对焊缝位置进行定位，保证焊接接头位于正上方，以方便热处理过程的进行。 
附图说明
图1 激光热处理示意图； 
（1）激光器；（2）反光镜；（3）分光镜；（4）焊管；（5）聚焦镜；
图2 管线钢焊管定位与装夹示意图；
图3 热处理的局部示意图；
图4 激光束搭接示意图；
1代表第一次激光热处理时激光束相对位置，2代表进行第二道激光热处理时，激光束相对位置；
图5  激光热处理前后残余应力对比示意图。
具体实施方式
（1）焊管定位与装夹：X80管线钢焊管放置在V型定位装置上，保证焊接接头与定位标杆在同一直线位置，管线钢焊管通过自重进行夹紧，如图2所示。 
（2）黑化处理：对焊接接头进行黑化处理，使用秸秆焚烧后产生的草木灰和水按照质量比2：1混合均匀后的混合物作为涂层，均匀涂抹在焊接接头表面，自然干燥后进行激光热处理；热处理后焊接接头表面的涂层便于清除，不会造成任何的污染，相比于常规使用的86—1 型黑色涂料，配合正交分析得到的激光工艺参数，能更有效地降低焊接接头的残余应力。 
（3）确定淬火参数：激光热处理参数包括激光输出功率，淬火速度，光斑直径，为确定具体的工艺参数，首先进行试处理；试处理时，锲形角调为零度，单束激光进行热处理，考虑到效率及热处理效果等问题，光斑直径选择6mm；阶梯式改变激光输出功率，及热处理时的速度，制备出若干热处理试样，分别测量热处理后焊接接头的应力状态，根据正交实验数据分析得出最优的工艺参数，即激光输出功率为1.2KW，淬火速度为20mm/s；在试淬火过程通过变化桥接参数，确定出良好的搭接参数0.2～0.3mm。 
（4）激光热处理：焊接接头尺寸为22mm，调整分光镜的锲形角，调节光斑间距使之为11.6mm，根据步骤（1）确定的激光热处理参数进行热处理；一道激光束沿焊接接头边缘扫描，其中0.7mm光斑在热影响区，激光束沿焊接接头扫完一道后，激光束偏移5.8mm，激光束搭接量为0.2mm，完成激光热处理；其激光束相对位置如图3和4所示。 
（5）残余应力状态：原始状态焊接接头残余应力为，处于高应力状态，如图5所示。经激光热处理后焊接接头残余应力为压应力，在残余应力测试允许的公差范围，表明焊接接头残余应力接近于0，处于低应力状态，如图5所示，而使用黑色涂料，配以相同的激光热处理工艺参数，经激光热处理后焊接接头残余应力仍然为拉应力，为50MPa。 

Claims (5)

1.一种消除X80管线钢焊接接头残余应力的方法，激光器发射高能激光经反射镜反射，照射到分光镜上，分光镜把经反光镜反射的激光分成两束光，经分光镜反射后的激光照射到聚焦镜上，激光会重新聚合成高能量密度的激光束；通过调整分光镜锲形角的大小可以调整左右激光束间距，两束激光同时对焊接接头进行热处理，其特征在于：热处理分两次完成，第一次热处理，第一激光束沿焊接接头的一端边缘扫描，第二激光束在X80管线钢焊接接头中间表面扫描；第二次热处理，两束激光束整体偏移，第一激光束在X80管线钢焊接接头中间表面扫描，第二激光束沿焊接接头另一端边缘扫描，通过选择激光束光斑大小和调整两束激光束之间的间距，使得两次热处理扫描能够覆盖X80管线钢焊接接头的全部表面，前后两次扫描激光束之间应形成搭接。
2.如权利要求1所述的一种消除X80管线钢焊接接头残余应力的方法，其特征在于：所述的激光热处理的工艺参数为：激光输出功率为1.2kW，热处理速度为20mm/s，激光搭接量为0.2～0.3mm。
3.如权利要求1所述的一种消除X80管线钢焊接接头残余应力的方法，其特征在于：在激光热处理前，应对X80管线钢焊接接头进行黑化处理，使用秸秆焚烧后产生的草木灰和水按照质量比2：1混合均匀后的混合物作为涂层，均匀涂抹在焊接接头表面，自然干燥后再进行激光热处理。
4.如权利要求1所述的一种消除X80管线钢焊接接头残余应力的方法，其特征在于：激光热处理时，X80管线钢焊管放置在V型定位装置上，保证焊接接头与定位标杆在同一直线位置，管线钢焊管通过自重进行夹紧。
5.如权利要求1所述的一种消除X80管线钢焊接接头残余应力的方法，其特征在于：当焊接接头尺寸为22mm时，调整分光镜的锲形角，调节两束激光束的光斑间距使之为11.6mm，光斑直径选择6mm，激光输出功率为1.2kW，热处理速度为20mm/s，；第一激光束沿焊接接头一端边缘扫描，其中0.7mm光斑在热影响区，第二激光束在X80管线钢焊接接头中间表面扫描，两束激光束沿焊接接头扫完一道后，激光束偏移5.8mm，激光束搭接量为0.2mm，进行第二次扫描，完成激光热处理。
CN201310140480.7A 2013-04-22 2013-04-22 一种消除x80管线钢焊接接头残余应力的方法 Active CN103421933B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310140480.7A CN103421933B (zh) 2013-04-22 2013-04-22 一种消除x80管线钢焊接接头残余应力的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310140480.7A CN103421933B (zh) 2013-04-22 2013-04-22 一种消除x80管线钢焊接接头残余应力的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103421933A true CN103421933A (zh) 2013-12-04
CN103421933B CN103421933B (zh) 2015-02-25

Family

ID=49647323

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310140480.7A Active CN103421933B (zh) 2013-04-22 2013-04-22 一种消除x80管线钢焊接接头残余应力的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103421933B (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103785958A (zh) * 2014-02-10 2014-05-14 常州大学 激光热处理改善x80管线钢焊接接头性能的方法
CN107460282A (zh) * 2017-08-08 2017-12-12 合肥正明机械有限公司 一种消除不锈钢焊接件残余应力的处理方法
CN108746992A (zh) * 2018-06-01 2018-11-06 河海大学常州校区 一种激光热处理强化管线钢焊接接头力学性能的方法
CN110184443A (zh) * 2019-07-02 2019-08-30 河海大学常州校区 一种激光热处理强化x80管线钢焊接接头拉伸性能的方法
CN110229946A (zh) * 2019-07-02 2019-09-13 河海大学常州校区 一种激光热处理强化x80管线钢力学性能的方法
CN112458243A (zh) * 2020-11-06 2021-03-09 上海交通大学 改善超高强度qp钢弧焊热影响区软化区软化的方法
CN113088674A (zh) * 2021-03-30 2021-07-09 武汉大学 基于激光冲击强化的增材制造金属表面强化方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5554524A (en) * 1978-10-16 1980-04-21 Hitachi Ltd Solution heat treating method
JPS61221330A (ja) * 1985-03-26 1986-10-01 Mitsubishi Heavy Ind Ltd レ−ザ後熱処理法
CN101281172A (zh) * 2007-04-04 2008-10-08 南京理工大学 激光声表面波应力测试系统
JP2010000543A (ja) * 2009-10-02 2010-01-07 Toshiba Corp 応力腐食割れ発生抑制方法
CN101705462A (zh) * 2009-11-18 2010-05-12 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 一种用于消除薄壁件焊接应力的方法
CN201589892U (zh) * 2009-09-29 2010-09-22 苏州市博海激光科技有限公司 高功率激光束的展宽装置
CN102248312A (zh) * 2010-05-21 2011-11-23 通用电气公司 热处理焊接接头的系统以及方法
CN102383126A (zh) * 2011-11-09 2012-03-21 南昌航空大学 一种具有预热与后热功能且高效的三光束激光熔覆无裂纹涂层的方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5554524A (en) * 1978-10-16 1980-04-21 Hitachi Ltd Solution heat treating method
JPS61221330A (ja) * 1985-03-26 1986-10-01 Mitsubishi Heavy Ind Ltd レ−ザ後熱処理法
CN101281172A (zh) * 2007-04-04 2008-10-08 南京理工大学 激光声表面波应力测试系统
CN201589892U (zh) * 2009-09-29 2010-09-22 苏州市博海激光科技有限公司 高功率激光束的展宽装置
JP2010000543A (ja) * 2009-10-02 2010-01-07 Toshiba Corp 応力腐食割れ発生抑制方法
CN101705462A (zh) * 2009-11-18 2010-05-12 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 一种用于消除薄壁件焊接应力的方法
CN102248312A (zh) * 2010-05-21 2011-11-23 通用电气公司 热处理焊接接头的系统以及方法
CN102383126A (zh) * 2011-11-09 2012-03-21 南昌航空大学 一种具有预热与后热功能且高效的三光束激光熔覆无裂纹涂层的方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103785958A (zh) * 2014-02-10 2014-05-14 常州大学 激光热处理改善x80管线钢焊接接头性能的方法
CN107460282A (zh) * 2017-08-08 2017-12-12 合肥正明机械有限公司 一种消除不锈钢焊接件残余应力的处理方法
CN108746992A (zh) * 2018-06-01 2018-11-06 河海大学常州校区 一种激光热处理强化管线钢焊接接头力学性能的方法
CN110184443A (zh) * 2019-07-02 2019-08-30 河海大学常州校区 一种激光热处理强化x80管线钢焊接接头拉伸性能的方法
CN110229946A (zh) * 2019-07-02 2019-09-13 河海大学常州校区 一种激光热处理强化x80管线钢力学性能的方法
CN112458243A (zh) * 2020-11-06 2021-03-09 上海交通大学 改善超高强度qp钢弧焊热影响区软化区软化的方法
CN113088674A (zh) * 2021-03-30 2021-07-09 武汉大学 基于激光冲击强化的增材制造金属表面强化方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN103421933B (zh) 2015-02-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103421933B (zh) 一种消除x80管线钢焊接接头残余应力的方法
CN103286449B (zh) 一种316ln厚板的窄间隙激光填热丝焊接工艺
CN106755756B (zh) 一种轴承表面无回火软带的激光淬火装置及方法
CN102615431B (zh) 一种灰铸铁缸盖自动化激光熔覆再制造方法
JPWO2010123035A1 (ja) ハイブリッド溶接方法及びハイブリッド溶接装置
CN102642088A (zh) 激光搭接焊接方法
Zhang et al. Coaxial monitoring of the fibre laser lap welding of Zn-coated steel sheets using an auxiliary illuminant
CN1968782A (zh) 使用等离子体和激光的连续对接焊方法及使用该方法来制造金属管的方法
RU2013148143A (ru) Способ изготовления стальной трубы лазерной сваркой
CN104002023A (zh) 一种针对异种材质厚板的焊接工艺
CN109593919A (zh) 基于分布式三维光束扫描的轴承表面激光淬火装置及方法
CN105143122B (zh) 玻璃物体的锐缘的钝化方法
CN103862173A (zh) 一种殷瓦钢薄膜的高速激光焊接方法
CN110434124A (zh) 一种铝合金无损探伤液干式激光清洗装置及方法
CN103785958B (zh) 激光热处理改善x80管线钢焊接接头性能的方法
JP4645853B2 (ja) レーザビームによる塗装金属板の断面変形方法及びこの種の断面変形を有する塗装金属板
CN106119468B (zh) 汽车真空泵转子激光淬火方法
Zhang et al. Properties of welded joint for narrow gap laser welding of austenitic stainless steels
Dan et al. Investigation of evaluation method for hot cracking susceptibility of 310S stainless steel during laser welding using trans-varestraint test
JP2004035315A5 (zh)
CN106271047B (zh) 一种采用飞秒激光焊接钛-铝异种金属的方法
Gerritsen et al. Diode laser weld toe re-melting as a means of fatigue strength improvement in high strength steels
CN215615786U (zh) 一种用于高碳钢的激光焊接装置
Hruška et al. 3D scanning laser hardening
CN103111759A (zh) 一种提高铝合金焊缝疲劳强度的方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20201113

Address after: 221300 Chahe Town New District, Pizhou City, Xuzhou City, Jiangsu Province

Patentee after: Pizhou Borui Investment Management Co.,Ltd.

Address before: Gehu Lake Road Wujin District 213164 Jiangsu city of Changzhou province No. 1

Patentee before: CHANGZHOU University