激光熱處理改善x80管線鋼焊接接頭性能的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及X80管線鋼，特指一種利用激光熱處理效應(yīng)改善X80管線鋼焊接接頭性能的方法。其特征在于：將激光器發(fā)出的激光束經(jīng)反光鏡反射，照射到分光鏡上，分光鏡把經(jīng)反光鏡反射的激光分成兩束光，經(jīng)分光鏡反射后的激光照射到聚焦鏡上，聚合后的兩束激光束照射到寬帶掃描轉(zhuǎn)鏡上，通過寬帶掃描轉(zhuǎn)鏡的高速旋轉(zhuǎn)在工件表面上形成帶型光斑，使工件與光斑相對移動，進而完成熱處理。
【專利說明】激光熱處理改善X80管線鋼焊接接頭性能的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明專利涉及X80管線鋼，特指一種利用激光熱處理效應(yīng)改善X80管線鋼焊接接頭性能的方法；經(jīng)激光熱處理處理后，X80管線鋼焊接接頭晶粒細化，消除焊后殘余拉應(yīng)力，在表層形成一定深度的殘余壓應(yīng)力，有利提高管線鋼焊管力學(xué)性能；本專利是利用寬帶掃描轉(zhuǎn)鏡生成寬帶激光光斑，并利用激光熱效應(yīng)對焊接接頭表面進行改性處理的方法，屬于先進材料表面改性處理領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]管線鋼在成型過程中需要經(jīng)過焊接工藝，會引起組織粗大，引起殘余拉應(yīng)力等缺陷，嚴重的影響了管線鋼的安全使用性能；激光熱處理技術(shù)是一種新型的熱處理技術(shù)，具有加熱速度快，重復(fù)性強等特點；然而受到激光光斑大小的限制，直接使用聚焦激光光斑進行熱處理時，單位時間內(nèi)熱處理面積較小，總體效率較低，因此如何提高激光熱處理效率成為人們研究的重點；隨著大功率CO2激光器問世，寬帶掃描轉(zhuǎn)鏡用來生成大光斑能夠達到預(yù)期的熱處理效果，并極大的提高了激光熱處理的效率；本發(fā)明專利提出把激光分束后，重新聚焦成兩束激光，然后使用寬帶掃描轉(zhuǎn)鏡同時對兩束激光進行大光斑轉(zhuǎn)化，利用兩束轉(zhuǎn)化后的激光同時對X80管線鋼焊接接頭進行熱處理，進一步提高激光熱處理的效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明專利采用大功率CO2激光器生成激光束，并利用分光鏡對激光束進行分束，把激光分成功率相同的兩束，利用聚焦鏡對兩束分散的光束重新聚焦，然后使用寬帶掃描轉(zhuǎn)鏡對兩束聚焦后的光束進行光斑轉(zhuǎn)化，生成寬帶型激光光斑，達到單位時間內(nèi)熱處理面積增大的目的，在激光熱處理過程中，使兩束激光并行進行熱處理，根據(jù)焊接接頭的具體尺寸，確定光斑尺寸。
[0004]本發(fā)明提供激光熱處理改善X80管線鋼焊接接頭性能的方法，其特征在于:將激光器發(fā)出的激光束經(jīng)反光鏡反射，照射到分光鏡上，分光鏡把經(jīng)反光鏡反射的激光分成兩束光，經(jīng)分光鏡反射后的激光照射到聚焦鏡上，聚合后的兩束激光束照射到寬帶掃描轉(zhuǎn)鏡上，通過寬帶掃描轉(zhuǎn)鏡的高速旋轉(zhuǎn)在工件表面上形成帶型光斑，使工件與光斑相對移動，進而完成熱處理。
[0005]進一步地，在激光熱處理過程中，X80管線鋼管線焊管水平放置在V型固定支座上，用定位標(biāo)桿對焊縫位置進行定位，保證焊接接頭位于正上方，以方便熱處理過程的進行。
[0006]進一步地，所述激光器為大功率CO2激光器，功率10kW。
[0007]進一步地，激光熱處理工藝參數(shù)為:激光器的輸出功率為7kW，寬帶掃描轉(zhuǎn)鏡掃描頻率選取7 X IO4次/分鐘，掃描速度為12mm/s，調(diào)整分光鏡鍥形角的大小、調(diào)整寬帶掃描轉(zhuǎn)鏡轉(zhuǎn)鏡的偏移角和選擇相應(yīng)規(guī)格的寬帶掃描轉(zhuǎn)鏡，使得帶型光斑的寬度為3mm，帶型光斑的長度為15mm，使得光斑產(chǎn)生相對Imm的疊加量。[0008]如圖1所示，激光器發(fā)射高能激光經(jīng)反射鏡反射，照射到分光鏡上，分光鏡把經(jīng)反光鏡反射的激光分成兩束光，經(jīng)分光鏡反射后的激光照射到聚焦鏡上，激光會重新聚合成高能量密度的激光束，聚合后的激光束照射到寬帶掃描轉(zhuǎn)鏡上，通過寬帶掃描轉(zhuǎn)鏡的高速旋轉(zhuǎn)形成帶型光斑，使工件與光斑相對移動，進而完成熱處理；通過調(diào)整分光鏡鍥形角的大小可以調(diào)整兩束激光間的相對位置，同時調(diào)整寬帶掃描轉(zhuǎn)鏡的相對位置使聚焦好的光束照射到寬帶掃描轉(zhuǎn)鏡的棱鏡面上，選取不同規(guī)格的寬帶掃描轉(zhuǎn)鏡，可以獲得不同長度的光斑，其中光斑長度連續(xù)可調(diào)，調(diào)整寬帶掃描轉(zhuǎn)鏡的偏移角可以調(diào)整光斑的寬度。
[0009]在激光熱處理過程中，X80管線鋼管線焊管水平放置在V型固定支座上，用定位標(biāo)桿對焊縫位置進行定位，保證焊接接頭位于正上方，以方便熱處理過程的進行。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1激光熱處理不意圖；1_激光器；2_反光鏡；3_分光鏡；4_工件；5_寬帶掃描轉(zhuǎn)鏡；6-聚焦鏡。
[0011]圖2寬帶掃描轉(zhuǎn)鏡工作原理圖，聚焦激光束入射到寬帶掃描轉(zhuǎn)鏡上，使多面轉(zhuǎn)鏡以角速度OJ高速轉(zhuǎn)動，激光以弧扇面向下反射，就會在工作面上形成一條矩形光斑，調(diào)整轉(zhuǎn)鏡的旋轉(zhuǎn)軸的偏移角可以調(diào)整矩形光斑的寬度。
[0012]圖3管線鋼焊管定位與裝夾示意圖。
[0013]圖4激光熱處理局部示意圖。
[0014]圖5金相組織對比圖；(a)原始狀態(tài)，(b)激光熱處理后。
[0015]圖6激光熱處理前后殘余應(yīng)力對比圖；(a)原始狀態(tài)(b)激光熱處理后。
【具體實施方式】
[0016](I)焊管定位與裝夾:X80管線鋼焊管放置在V型定位裝置上，保證焊接接頭與定位標(biāo)桿在同一直線位置，管線鋼焊管通過自重進行夾緊，如圖3所示。
[0017](2)黑化處理:對焊接接頭進行黑化處理，使用黑色碳素墨汁作為涂料，均勻涂抹在焊接接頭表面，激光熱處理前需要進行自然干燥。
[0018](3)確定熱處理工藝參數(shù):激光器為IOkW大功率激光器，該系統(tǒng)參數(shù)包括光斑長度、光斑寬度、功率、轉(zhuǎn)鏡轉(zhuǎn)速以及掃描速度；為確定工藝參數(shù)在熱處理前進行試處理。首先鍥形角調(diào)為零度，只采用單束激光進行調(diào)試，轉(zhuǎn)鏡掃描頻率選取7 X IO4次/分鐘，調(diào)整轉(zhuǎn)鏡的偏移角試之達到寬度為3_，調(diào)整光斑長度為15_，逐步提高激光器輸出功率，改變掃描速度，根據(jù)正交實驗數(shù)據(jù)分析得出優(yōu)化的工藝參數(shù)，最后選取功率為3.5kW，掃描速度為12mm/s,在試處理過程通過變化橋接參數(shù),確定出良好的搭接參數(shù)1_。
[0019](4)激光熱處理:調(diào)整激光器的輸出功率為7kW，調(diào)整鍥形角的大小與轉(zhuǎn)鏡的相對位置，使光斑寬度為3mm,光斑長度為15mm,并使得光斑產(chǎn)生相對Imm的疊加量,如圖4所示，以12mm/s的速度移動工件，一次性完成焊接接頭的激光熱處理過程。
[0020](5)激光熱處理后，X80管線鋼焊接接頭表面晶粒得到進一步的細化，如圖5所示，并獲得了有利于抗應(yīng)力腐蝕的殘余壓應(yīng)力，如圖6所示。
【權(quán)利要求】
1.激光熱處理改善X80管線鋼焊接接頭性能的方法，其特征在于:將激光器發(fā)出的激光束經(jīng)反光鏡反射，照射到分光鏡上，分光鏡把經(jīng)反光鏡反射的激光分成兩束光，經(jīng)分光鏡反射后的激光照射到聚焦鏡上，聚合后的兩束激光束照射到寬帶掃描轉(zhuǎn)鏡上，通過寬帶掃描轉(zhuǎn)鏡的高速旋轉(zhuǎn)在工件表面上形成帶型光斑，使工件與光斑相對移動，進而完成熱處理。
2.如權(quán)利要求1所述的激光熱處理改善X80管線鋼焊接接頭性能的方法，其特征在于:在激光熱處理過程中，X80管線鋼管線焊管水平放置在V型固定支座上，用定位標(biāo)桿對焊縫位置進行定位，保證焊接接頭位于正上方，以方便熱處理過程的進行。
3.如權(quán)利要求1所述的激光熱處理改善X80管線鋼焊接接頭性能的方法，其特征在于:所述激光器為大功率CO2激光器，功率10kW。
4.如權(quán)利要求1所述的激光熱處理改善X80管線鋼焊接接頭性能的方法，其特征在于:激光熱處理工藝參數(shù)為:激光器的輸出功率為7kW，寬帶掃描轉(zhuǎn)鏡掃描頻率選取7 X IO4次/分鐘，掃描速度為12mm/s，調(diào)整分光鏡鍥形角的大小、調(diào)整寬帶掃描轉(zhuǎn)鏡轉(zhuǎn)鏡的偏移角和選擇相應(yīng)規(guī)格的寬帶掃描轉(zhuǎn)鏡，使得帶型光斑的寬度為3mm，帶型光斑的長度為15mm，使得光斑產(chǎn)生相對Imm的疊加量。
【文檔編號】B23K26/70GK103785958SQ201410046152
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年2月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月10日
【發(fā)明者】孔德軍, 葉存冬, 王文昌, 付貴忠, 張壘, 王進春 申請人:常州大學(xué)