CN113008997A - 金属激光强化表面无损检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种金属激光强化表面无损检测方法。所述金属激光强化表面无损检测方法包括以下步骤：S1：对金属的表面进行清洁处理；S2：在清洁后的所述金属表面涂覆合金吸光涂层；S3：在所述合金吸光涂层干燥后，对所述金属进行激光固溶处理；S4：激光固溶处理后对所述金属进行冷却处理；S5：冷却处理后对所述金属进行时效处理；S6：时效处理后使用超声波探伤装置对所述金属进行超声波无损检测，所述超声波探伤装置包括超声波探伤探头、横移装置和工件夹持装置，所述横移装置用于带动所述超声波探伤探头进行匀速横向移动。本发明提供的金属激光强化表面无损检测方法具有使用方便、工作效率高、检测精度高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及检测技术领域，尤其涉及一种金属激光强化表面无损检测方法。
背景技术
激光冲击强化技术，也称激光喷丸技术，是通过高功率密度、短脉冲的激光通过透明约束层作用于金属表面所涂覆的能量吸收涂层时，涂层吸收激光能量迅速气化并几乎同时形成大量稠密的高温、高压等离子体。该等离子体继续吸收激光能量急剧升温膨胀，然后爆炸形成高强度冲击波作用于金属表面。当冲击波的峰值压力超过材料的动态屈服强度时，材料发生塑性变形并在表层产生垂直于材料表面的压应力。激光作用结束后，由于冲击区域周围材料的反作用，其力学效应表现为材料表面获得较高的残余压应力。残余压应力会降低交变载荷中的拉应力水平，使平均应力水平下降，从而提高疲劳裂纹萌生寿命。同时残余压应力的存在，可引起裂纹的闭合效应，从而有效降低疲劳裂纹扩展的驱动力，延长疲劳裂纹扩展寿命。
目前金属通过激光强化技术可提高金属材料的抗疲劳、耐磨损和抗腐蚀能力，同时在进行激光处理的时候可能造成金属材质的裂痕、气孔等缺陷，这些缺陷会影响金属的结构性能和产品质量。因此需要进行无损检测，找出缺陷位置并对其进行清除并焊补。常见的无损检测装置主要为手持式，即人工手持探头进行检测。这种检测方式效率极低而且精确度不够，经常会遗漏缺陷。
因此，有必要提供一种新的金属激光强化表面无损检测方法解决上述技术问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种使用方便、工作效率高、检测精度高的金属激光强化表面无损检测方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的金属激光强化表面无损检测方法包括以下步骤：
S1：对金属的表面进行清洁处理；
S2：在清洁后的所述金属表面涂覆合金吸光涂层；
S3：在所述合金吸光涂层干燥后，对所述金属进行激光固溶处理；
S4：激光固溶处理后对所述金属进行冷却处理；
S5：冷却处理后对所述金属进行时效处理；
S6：时效处理后使用超声波探伤装置对所述金属进行超声波无损检测，所述超声波探伤装置包括超声波探伤探头、横移装置和工件夹持装置，所述横移装置用于带动所述超声波探伤探头进行匀速横向移动，所述工件夹持装置用于对所述金属进行夹持并进行旋转。
优选的，所述步骤S1中的清洁处理具体包括采用砂纸、毛刷或角磨机去除所述金属表面的氧化物，再使用超声波清洗设备进行超声波清洗。
优选的，所述合金吸光涂层的成份为：合金15～25％、粘结剂75～85％，其中合金组成为：W 20～40％、Co 25～45％、Cr 10～20％、Mo 1～3％、Si 2～4％、Ni 5～10％、C 1～4％、Fe 1～4％。
优选的，所述激光固溶处理参数为：光斑大小为10mm×15mm-10mm×15mm，激光功率密度600-1300w/cm2，激光移动速度100-300mm/min，固溶处理温度1200℃-1500℃。
优选的，所述冷却处理为喷雾冷却，所述冷却介质为水和/或气。
优选的，所述步骤S3中进行激光固溶处理时用保护气体保护激光局部作用区，控制激光作用区薄层微熔。
优选的，所述保护气体是氩气或氮气。
优选的，所述时效处理的温度400℃-600℃，时效处理时间3.0-6.0h。
优选的，所述超声波探伤装置包括底座，所述底座的上方安装有顶板，所述顶板的顶侧安装有所述横移装置，所述顶板的底侧安装有多个支柱，所述支柱与所述底座固定连接，所述横移装置包括第一电机，所述第一电机的输出轴上安装有丝杆，所述丝杆上螺纹套接有移动座，所述顶板上开设有通孔，所述通孔内固定安装有固定杆，所述移动座的底端贯穿所述通孔并与所述固定杆滑动套接，所述移动座的底侧固定安装有安装座，所述安装座的底侧安装有所述超声波探伤探头，所述底座的顶侧开设有凹槽，所述工件夹持装置包括第二电机，所述第二电机安装在所述凹槽内，所述第二电机的输出轴上安装有转轴，所述转轴上对称开设有两段旋向相反的外螺纹，所述转轴上对称设置有两个滑块，两个所述滑块分别螺纹套接在两段所述外螺纹上，两个所述滑块的顶端均延伸至所述凹槽外并分别固定安装有第一夹板和第二夹板，所述凹槽的底侧内壁上开设有限位槽，所述限位槽内固定安装有支杆，所述滑块的底侧固定安装有限位块，所述限位块与所述支杆滑动套接，所述第一夹板的一侧固定安装有安装座，所述安装座上固定安装有第三电机，所述第三电机的输出轴上安装有转杆，所述转杆贯穿所述第一夹板并固定连接有第一转板，所述第二夹板的一侧转动安装有转辊，所述转辊上固定安装有第二转板。
优选的，所述顶板的顶侧设置有转动支撑座，所述转动支撑座与所述丝杆转动套接。
与相关技术相比较，本发明提供的金属激光强化表面无损检测方法具有如下有益效果：
本发明提供一种金属激光强化表面无损检测方法，经激光处理后，金属材料具备了极佳的机械性能与抗水气蚀等性能；通过横移装置带动超声波探头横向移动进行无损检测，代替人工手持式检测方式，机械化程度高，大大降低了工人的劳动强度，而且探头与金属材质之间的垂直距离保持不变，探头的运行稳定，检测误差小、精确度高、检测效果好；通过工件夹持装置对金属材料进行夹持并进行旋转，可对金属材料进行三百六十度检测，检测范围全面。
附图说明
图1为本发明提供的金属激光强化表面无损检测方法的超声波探伤装置的结构示意图。
图中标号：1、底座，2、顶板，3、支柱，4、第一电机，5、丝杆，6、转动支撑座，7、移动座，8、通孔，9、固定杆，10、安装座，11、超声波探伤探头，12、凹槽，13、第二电机，14、转轴，15、滑块，16、第一夹板，17、第二夹板，18、限位槽，19、支杆，20、限位块，21、安装座，22、第三电机，23、转杆，24、第一转板，25、转辊，26、第二转板。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
请结合参阅图1，图1为本发明提供的金属激光强化表面无损检测方法的超声波探伤装置的结构示意图。金属激光强化表面无损检测方法包括以下步骤：
S1：对金属的表面进行清洁处理；
S2：在清洁后的所述金属表面涂覆合金吸光涂层；
S3：在所述合金吸光涂层干燥后，对所述金属进行激光固溶处理；
S4：激光固溶处理后对所述金属进行冷却处理；
S5：冷却处理后对所述金属进行时效处理；
S6：时效处理后使用超声波探伤装置对所述金属进行超声波无损检测，所述超声波探伤装置包括超声波探伤探头11、横移装置和工件夹持装置，所述横移装置用于带动所述超声波探伤探头11进行匀速横向移动，所述工件夹持装置用于对所述金属进行夹持并进行旋转。
所述步骤S1中的清洁处理具体包括采用砂纸、毛刷或角磨机去除所述金属表面的氧化物，再使用超声波清洗设备进行超声波清洗。
所述合金吸光涂层的成份为：合金15～25％、粘结剂75～85％，其中合金组成为：W20～40％、Co 25～45％、Cr 10～20％、Mo 1～3％、Si 2～4％、Ni 5～10％、C 1～4％、Fe 1～4％。
所述激光固溶处理参数为：光斑大小为10mm×15mm-10mm×15mm，激光功率密度600-1300w/cm2，激光移动速度100-300mm/min，固溶处理温度1200℃-1500℃。
所述冷却处理为喷雾冷却，所述冷却介质为水和/或气。
所述步骤S3中进行激光固溶处理时用保护气体保护激光局部作用区，控制激光作用区薄层微熔。
所述保护气体是氩气或氮气。
所述时效处理的温度400℃-600℃，时效处理时间3.0-6.0h。
所述超声波探伤装置包括底座1，所述底座1的上方安装有顶板2，所述顶板2的顶侧安装有所述横移装置，所述顶板2的底侧安装有多个支柱3，所述支柱3与所述底座1固定连接，所述横移装置包括第一电机4，所述第一电机4的输出轴上安装有丝杆5，所述丝杆5上螺纹套接有移动座7，所述顶板2上开设有通孔8，所述通孔8内固定安装有固定杆9，所述移动座7的底端贯穿所述通孔8并与所述固定杆9滑动套接，所述移动座7的底侧固定安装有安装座10，所述安装座10的底侧安装有所述超声波探伤探头11，所述底座1的顶侧开设有凹槽12，所述工件夹持装置包括第二电机13，所述第二电机13安装在所述凹槽12内，所述第二电机13的输出轴上安装有转轴14，所述转轴14上对称开设有两段旋向相反的外螺纹，所述转轴14上对称设置有两个滑块15，两个所述滑块15分别螺纹套接在两段所述外螺纹上，两个所述滑块15的顶端均延伸至所述凹槽12外并分别固定安装有第一夹板16和第二夹板17，所述凹槽12的底侧内壁上开设有限位槽18，所述限位槽18内固定安装有支杆19，所述滑块15的底侧固定安装有限位块20，所述限位块20与所述支杆19滑动套接，所述第一夹板16的一侧固定安装有安装座21，所述安装座21上固定安装有第三电机22，所述第三电机22的输出轴上安装有转杆23，所述转杆23贯穿所述第一夹板16并固定连接有第一转板24，所述第二夹板17的一侧转动安装有转辊25，所述转辊25上固定安装有第二转板26。
所述顶板2的顶侧设置有转动支撑座6，所述转动支撑座6与所述丝杆5转动套接。
本发明提供的金属激光强化表面无损检测方法的工作原理如下：
首先，将金属材料放在第一转板24和第二转板26之间，启动第二电机13，第二电机13的输出轴带动转轴14转动，转轴14带动两个滑块15向相互靠近的方向移动，两个滑块15带动分别带动第一夹板16和第二夹板17移动，第一夹板16和第二夹板17带动第一转板24和第二转板26将金属材料夹紧，此时启动第一电机4，第一电机4的输出轴带动丝杆5转动，丝杆5带动移动座7移动，移动座7带动超声波探伤探头11移动对金属材料进行检测，再启动第三电机22，第三电机22带动转杆转动，转杆23带动第一转板24转动，第一转板24带动金属材料转动一定角度，再用超声波探伤探头11进行检测，直至金属材料转动一周。
与相关技术相比较，本发明提供的金属激光强化表面无损检测方法具有如下有益效果：
本发明提供一种金属激光强化表面无损检测方法，经激光处理后，金属材料具备了极佳的机械性能与抗水气蚀等性能；通过横移装置带动超声波探头11横向移动进行无损检测，代替人工手持式检测方式，机械化程度高，大大降低了工人的劳动强度，而且探头与金属材质之间的垂直距离保持不变，探头的运行稳定，检测误差小、精确度高、检测效果好；通过工件夹持装置对金属材料进行夹持并进行旋转，可对金属材料进行三百六十度检测，检测范围全面。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种金属激光强化表面无损检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：对金属的表面进行清洁处理；
S2：在清洁后的所述金属表面涂覆合金吸光涂层；
S3：在所述合金吸光涂层干燥后，对所述金属进行激光固溶处理；
S4：激光固溶处理后对所述金属进行冷却处理；
S5：冷却处理后对所述金属进行时效处理；
S6：时效处理后使用超声波探伤装置对所述金属进行超声波无损检测，所述超声波探伤装置包括超声波探伤探头、横移装置和工件夹持装置，所述横移装置用于带动所述超声波探伤探头进行匀速横向移动进行超声波探伤检测，所述工件夹持装置用于对所述金属进行夹持并进行旋转。
2.根据权利要求1所述的金属激光强化表面无损检测方法，其特征在于，所述步骤S1中的清洁处理具体包括采用砂纸、毛刷或角磨机去除所述金属表面的氧化物，再使用超声波清洗设备进行超声波清洗。
3.根据权利要求1所述的金属激光强化表面无损检测方法，其特征在于，所述合金吸光涂层的成份为：合金15～25％、粘结剂75～85％，其中合金组成为：W 20～40％、Co 25～45％、Cr 10～20％、Mo 1～3％、Si 2～4％、Ni 5～10％、C 1～4％、Fe 1～4％。
4.根据权利要求1所述的金属激光强化表面无损检测方法，其特征在于，所述的激光固溶处理参数为：光斑大小为10mm×15mm-10mm×15mm，激光功率密度600-1300w/cm2，激光移动速度100-300mm/min，固溶处理温度1200℃-1500℃。
5.根据权利要求1所述的金属激光强化表面无损检测方法，其特征在于，所述冷却处理为喷雾冷却，所述冷却介质为水和/或气。
6.根据权利要求1所述的金属激光强化表面无损检测方法，其特征在于，所述步骤S3中进行激光固溶处理时用保护气体保护激光局部作用区，控制激光作用区薄层微熔。
7.根据权利要求6所述的金属激光强化表面无损检测方法，其特征在于，所述保护气体是氩气和/或氮气。
8.根据权利要求1所述的金属激光强化表面无损检测方法，其特征在于，所述时效处理的温度400℃-600℃，时效处理时间3.0-6.0h。
9.根据权利要求1所述的金属激光强化表面无损检测方法，其特征在于，所述超声波探伤装置包括底座，所述底座的上方安装有顶板，所述顶板的顶侧安装有所述横移装置，所述顶板的底侧安装有多个支柱，所述支柱与所述底座固定连接，所述横移装置包括第一电机，所述第一电机的输出轴上安装有丝杆，所述丝杆上螺纹套接有移动座，所述顶板上开设有通孔，所述通孔内固定安装有固定杆，所述移动座的底端贯穿所述通孔并与所述固定杆滑动套接，所述移动座的底侧固定安装有安装座，所述安装座的底侧安装有所述超声波探伤探头，所述底座的顶侧开设有凹槽，所述工件夹持装置包括第二电机，所述第二电机安装在所述凹槽内，所述第二电机的输出轴上安装有转轴，所述转轴上对称开设有两段旋向相反的外螺纹，所述转轴上对称设置有两个滑块，两个所述滑块分别螺纹套接在两段所述外螺纹上，两个所述滑块的顶端均延伸至所述凹槽外并分别固定安装有第一夹板和第二夹板，所述凹槽的底侧内壁上开设有限位槽，所述限位槽内固定安装有支杆，所述滑块的底侧固定安装有限位块，所述限位块与所述支杆滑动套接，所述第一夹板的一侧固定安装有安装座，所述安装座上固定安装有第三电机，所述第三电机的输出轴上安装有转杆，所述转杆贯穿所述第一夹板并固定连接有第一转板，所述第二夹板的一侧转动安装有转辊，所述转辊上固定安装有第二转板。
10.根据权利要求9所述的金属激光强化表面无损检测方法，其特征在于，所述顶板的顶侧设置有转动支撑座，所述转动支撑座与所述丝杆转动套接。
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