一種采用仿生耦合強(qiáng)化金屬材料焊接接頭的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及改善金屬材料焊接接頭性能，特別是涉及一種采用仿生耦合強(qiáng)化金屬材料焊接接頭的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]疲勞失效是金屬焊接結(jié)構(gòu)失效的一種主要形式，它發(fā)生在承受交變載荷的構(gòu)件中，當(dāng)焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞時(shí)，其所受到的最大應(yīng)力通常要低于材料的抗拉強(qiáng)度，有時(shí)甚至低于材料的屈服強(qiáng)度，據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，由疲勞裂紋引起的焊接結(jié)構(gòu)失效斷裂事故占總斷裂事故的70?80%以上，其中約有50?90%屬于疲勞失效。由于焊接結(jié)構(gòu)疲勞斷裂時(shí)往往是無明顯塑性變形，會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難性的事故，這在一定程度上制約了焊接結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步廣泛應(yīng)用，使一些場合不得不放棄使用焊接結(jié)構(gòu)，甚至懷疑焊接結(jié)構(gòu)能否適用于承受動(dòng)載的工程實(shí)際。因此提高焊接接頭疲勞性能具有極大的潛在經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，長期以來，它是國內(nèi)外有關(guān)專家研究的熱點(diǎn)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種改善金屬材料焊接接頭疲勞性能、提高其服役壽命的采用仿生耦合強(qiáng)化金屬材料焊接接頭的方法。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0005]—種采用仿生耦合強(qiáng)化金屬材料焊接接頭的方法，包括:
[0006]步驟一:于金屬材料的對(duì)接部位處焊接，焊接后形成焊接接頭，所述焊接接頭包括焊縫和位于所述焊縫兩側(cè)的熱影響區(qū)；
[0007]步驟二:對(duì)焊接接頭進(jìn)行打磨去除焊接余高；
[0008]步驟三:利用激光束在所述焊縫或/和所述熱影響區(qū)制備仿生耦合單元。
[0009]進(jìn)一步，所述仿生耦合單元在所述焊縫或/和所述熱影響區(qū)沿焊接方向和垂直于焊接方向的對(duì)接方向成排成列規(guī)則分布。
[0010]進(jìn)一步，所述仿生耦合單元分別為點(diǎn)狀或條紋狀或網(wǎng)格狀或上述三種中任意兩者的組合。
[0011 ] 進(jìn)一步，分布于所述焊縫的點(diǎn)狀仿生親合單元直徑為0.5?5mm，深度為0.3?2mm，相鄰兩個(gè)所述點(diǎn)狀仿生耦合單元沿焊接方向的間距為0.2?20mm，沿對(duì)接方向的間距為0.2?5mm0
[0012]進(jìn)一步，分布于所述熱影響區(qū)的點(diǎn)狀仿生親合單元直徑為0.1?2mm，深度為0.1?2mm，相鄰兩個(gè)所述點(diǎn)狀仿生耦合單元沿焊接方向的間距為0.2?20mm，沿對(duì)接方向的間距為0.2?2mm。
[0013]進(jìn)一步，分布于所述焊縫的條紋狀或網(wǎng)格狀仿生耦合單元在焊縫表面與焊接方向之間的夾角為O?90°，條紋或網(wǎng)格寬度為0.5?5mm，深度為0.3?2mm，相鄰兩條紋之間沿焊接方向的間距為0.2?20mm，沿對(duì)接方向的間距為0.2?5mm。
[0014]進(jìn)一步，分布于所述熱影響區(qū)的條紋狀或網(wǎng)格狀仿生耦合單元在熱影響區(qū)表面與焊接方向之間的夾角為O?90°，條紋或網(wǎng)格寬度為0.1?2mm，深度為0.1?2mm，相鄰兩條紋之間沿焊接方向的間距為0.2?20mm，沿對(duì)接方向的間距為0.2?2mm。
[0015]進(jìn)一步，所述金屬材料的焊接方法為鎢極惰性氣體保護(hù)焊。
[0016]本發(fā)明的有益效果:
[0017]本發(fā)明基于耦合仿生原理，利用激光束在金屬材料焊接接頭進(jìn)行仿生設(shè)計(jì)，形成仿生耦合單元，激光束處理區(qū)域組織細(xì)化且力學(xué)性能提高，可有效抑制在交變載荷下疲勞裂紋的萌生，另外激光束處理區(qū)域作為硬質(zhì)相可有效阻滯疲勞裂紋的擴(kuò)展，從而有效地提高金屬材料焊接結(jié)構(gòu)的服役壽命。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明金屬材料焊板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為本發(fā)明焊縫設(shè)置點(diǎn)狀仿生耦合單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖3為本發(fā)明熱影響區(qū)設(shè)置點(diǎn)狀仿生耦合單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖4為本發(fā)明焊縫和熱影響區(qū)均設(shè)置點(diǎn)狀仿生耦合單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖5為本發(fā)明焊縫設(shè)置條紋狀仿生耦合單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖6問本發(fā)明焊縫設(shè)置網(wǎng)格狀仿生耦合單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖7為本發(fā)明熱影響區(qū)設(shè)置條紋狀仿生耦合單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖8為本發(fā)明熱影響區(qū)設(shè)置網(wǎng)格狀仿生耦合單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖9為本發(fā)明焊縫和熱影響區(qū)均設(shè)置條紋狀仿生耦合單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖10為本發(fā)明焊縫和熱影響區(qū)均設(shè)置網(wǎng)格狀仿生耦合單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖11為本發(fā)明焊縫設(shè)置條紋狀仿生耦合單元，熱影響區(qū)設(shè)置點(diǎn)狀仿生耦合單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖12為本發(fā)明焊縫設(shè)置點(diǎn)狀仿生耦合單元，熱影響區(qū)設(shè)置條紋狀仿生耦合單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖13為本發(fā)明焊縫設(shè)置網(wǎng)格狀仿生耦合單元，熱影響區(qū)設(shè)置點(diǎn)狀仿生耦合單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖14為本發(fā)明焊縫設(shè)置點(diǎn)狀仿生耦合單元，熱影響區(qū)設(shè)置網(wǎng)格狀仿生耦合單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖15本發(fā)明疲勞試驗(yàn)件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖中，i一金屬母材、2一熱影響區(qū)、3 一焊縫、4 一點(diǎn)狀仿生耦合單元、5 一條紋狀仿生耦合單元、6—網(wǎng)格狀仿生耦合單元。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0035]需要說明，本發(fā)明實(shí)施例中所有方向性指示(諸如上、下、左、右、前、后……)僅用于解釋在某一特定姿態(tài)(如附圖所示)下各部件之間的相對(duì)位置關(guān)系、運(yùn)動(dòng)情況等，如果該特定姿態(tài)發(fā)生改變時(shí)，則該方向性指示也相應(yīng)地隨之改變。
[0036]另外，各個(gè)實(shí)施例之間的技術(shù)方案可以相互結(jié)合，但是必須是以本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)為基礎(chǔ)，當(dāng)技術(shù)方案的結(jié)合出現(xiàn)相互矛盾或無法實(shí)現(xiàn)時(shí)應(yīng)當(dāng)認(rèn)為這種技術(shù)方案的結(jié)合不存在，也不在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0037]本發(fā)明提供一種采用仿生耦合強(qiáng)化金屬材料焊接接頭的方法，包括:
[0038]步驟一:于金屬母材I的對(duì)接部位處焊接，焊接后形成焊接接頭，焊接接頭包括焊縫3和位于焊縫3兩側(cè)的熱影響區(qū)2;
[0039]步驟二:對(duì)焊接接頭進(jìn)行打磨去除焊接余高；
[0040]步驟三:利用激光束在所述焊縫3或/和所述熱影響區(qū)2制備仿生耦合單元。
[0041]參照?qǐng)D1，在本實(shí)施例中，金屬母材I對(duì)接處采用“V”型坡口，接頭形式為對(duì)接接頭，焊后對(duì)焊接接頭進(jìn)行機(jī)械打磨去除焊接余高，然后，利用激光束在焊接接頭表面制備不同形貌的仿生耦合單元。優(yōu)選的，仿生耦合單元在焊縫3或/和熱影響區(qū)2沿焊接方向和垂直于焊接方向的對(duì)接方向成排成列規(guī)則分布，焊接方向?yàn)楹附訒r(shí)焊機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向，對(duì)接方向?yàn)閮蓚€(gè)金屬母材I相對(duì)接的方向，對(duì)接方向與焊接方向在同一水平面內(nèi)相互垂直。然后在焊縫3或/和熱影響區(qū)2利用激光束制備成排成列規(guī)則分布的仿生耦合單元，可以使處理區(qū)域組織細(xì)化且力學(xué)性能提高，有效抑制在交變載荷下疲勞裂紋的萌生，另外激光束處理區(qū)域作為硬質(zhì)相可有效阻滯疲勞裂紋的擴(kuò)展，從而有效地提高金屬材料焊接結(jié)構(gòu)的服役壽命。
[0042]仿生耦合單元分別為點(diǎn)狀或條紋狀或網(wǎng)格狀或上述三種中任意兩者的組合，其中仿生耦合單元可單獨(dú)分布在焊縫3或熱影響區(qū)2，也可以共同分布于焊縫3或熱影響區(qū)2，焊縫3或熱影響區(qū)2可分布相同形貌的仿生耦合單元，可以分布不同形貌的仿生耦合單元，舉例如下:
[0043]參照?qǐng)D2，點(diǎn)狀仿生耦合單元4僅設(shè)置于焊縫3，在焊縫