提高不锈钢焊接接头抗应力腐蚀性能的玻璃喷丸处理工艺

摘要

本发明提高不锈钢焊接接头抗应力腐蚀性能的玻璃喷丸处理工艺涉及的是一种降低奥氏体不锈钢焊接接头应力腐蚀开裂敏感性的表面处理方法。其工艺为：(1)玻璃喷丸处理前采用一定的表面清洁处理方法从待喷丸处理的工件表面上除去所有灰土、水垢和包覆物；(2)将喷射焊枪对准需要处理的焊缝区域，通过压缩空气驱动玻璃弹丸，使其达到高速后喷射确定的焊缝处理区域，处理中需要保持焊枪焊嘴与被喷焊接工件表面的距离，玻璃弹丸束与焊接工件表面的喷射角度控制在70°～100°，(3)玻璃喷丸处理后被处理焊接工件表面需要进行清理工作，去除残留在工件表面的玻璃残渣，采用X射线衍射仪进行检测，焊接工件表面的残余应力是压应力，即为合格。

说明书

技术领域

本发明提高不锈钢焊接接头抗应力腐蚀性能的玻璃喷丸处理工艺涉及的是一种降低奥氏体不锈钢焊接接头应力腐蚀开裂敏感性的表面处理方法。

背景技术

在石油化工、纺织、造纸、原子能、医药、宇宙航行以及海洋开发等使用不锈钢的部门中，在焊接接头附近发生的应力腐蚀开裂事故约占湿态腐蚀损坏事故的47％。大量研究结果表明，焊接残余拉应力的存在是导致奥氏体不锈钢焊接接头应力腐蚀开裂的主要因素之一。喷丸处理是一种较理想的消除焊接残余拉应力的方法，它是利用高速弹丸喷射焊接接头表面，使其发生塑性变形，并且形成一定厚度的残余压应力层。该处理方法具有强化效果显著、成本低廉以及适应性好等许多优点。但对于这种表面处理方法，目前主要选用钢丸进行喷丸处理，此类处理工艺由于钢丸脆片残留在试件表面上，其引起的电化学腐蚀将不利于奥氏体不锈钢焊接接头抵抗应力腐蚀。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，对提高奥氏体不锈钢焊接接头抗应力腐蚀性能的喷丸处理工艺进行改进，提出一种应用玻璃丸代替钢丸进行喷丸处理，以此改善奥氏体不锈钢焊接接头应力腐蚀开裂敏感性的新处理工艺。这种处理方法提高了奥氏体不锈钢焊接接头抗应力腐蚀开裂的性能，有效的避免了采用钢丸进行喷丸处理时遇到的电化学腐蚀问题。

提高奥氏体不锈钢焊接接头抗应力腐蚀性能的玻璃喷丸处理工艺：

1、玻璃喷丸处理前采用一定的表面清洁处理方法从待喷丸处理的工件表面上除去所有灰土、水垢和包覆物。需要时，磁粉检测、染色渗透检测、超声波或其它的缺陷及裂纹探测过程，要在玻璃喷丸处理前完成。玻璃弹丸的质量要达到一定的要求。

2、将喷射焊枪对准需要处理的区域，由于焊接残余应力存在于焊缝及焊接热影响区内，因此玻璃喷丸处理区域定为焊缝及焊缝两侧热影响区宽度。热影响区宽度为焊缝宽度2～3倍。然后，通过压缩空气驱动弹丸，使其达到高速后喷射确定的焊缝处理区域。为了达到规定的喷丸强度，空压机产生压缩空气流量为8～10m³/min、出口压力为0.4～0.6MPa。处理中需要保持焊枪焊嘴与被喷焊接工件表面的距离，一般将弹丸喷射距离控制在150～250mm的范围内。玻璃弹丸束与焊接工件表面的喷射角度控制在70°～100°。同时，喷射覆盖率要求达到100％～200％。

3、玻璃喷丸处理后被处理焊接工件表面需要进行一定的清理工作，去除残留在工件表面的玻璃残渣。采用X射线衍射仪进行检测，焊接工件表面的残余应力是压应力，即为合格。

提高不锈钢焊接接头抗应力腐蚀性能的玻璃喷丸处理工艺的主要控制参数包括如下：

(1)玻璃弹丸强度：喷丸强度是工件喷丸强化程度的一种量度，是为了衡量(2)-(9)这些喷丸工艺参数综合作用而提出的一种指标。目前国内外，普遍采弧高度试片方法(Almen试片方法)测定喷丸强度，Almen试片经弹丸喷射后的弯曲弧高度值fA即为喷丸强度。

(2)玻璃弹丸形状和外观：玻璃弹丸的质量应严格保证，保证球面形状及尺寸均匀，破碎的、变形的弹丸必须及时除去，否则会对工件表面留下划痕。用于喷丸强化的弹丸，其中破碎弹丸的总量不得超过总重量的20％，以确保喷丸强化的效果。

(3)玻璃弹丸化学成分：玻璃弹丸应由优质钠钙玻璃制造，必须具备抵抗冲击和摩擦的能力，防止破碎。弹丸内不能含有能污染工件的内在化学物质，除特殊情况外，也不允许有有机硅涂层或任何其他涂料。玻璃弹丸化学组分重量百分比为67～80％的SiO₂，8～15％的CaO，10～15％的Na₂O，4～5％的MgO。特征密度为2.5g/cm³。为保证较好的化学稳定性，玻璃弹丸中的SiO₂含量不应少于67％。

(4)玻璃弹丸硬度：玻璃弹丸硬度的选择应考虑工件材料的硬度。总的原则是：当玻璃弹丸的硬度大于或等于被喷工件材料的硬度时，能够获得较好的喷丸强化效果。

(5)玻璃弹丸直径：用于玻璃喷丸强化的玻璃弹丸直径通常0.05～0.4mm。在选择玻璃弹丸直径时，过大的弹丸对于一定的工件部位(圆角)可能会发生喷不到的情况，过小的弹丸直径又会因其重量不够而使喷丸强度大受影响。同时，弹丸直径的选择还应考虑被喷工件表面粗糙度的要求。在相同喷丸强度的下，采用小弹丸喷丸获得的表面比大弹丸喷丸获得的表面平滑，但为了达到覆盖率要求所需的喷丸时间随着尺寸的减小而迅速增大，而大弹丸则可以较快的达到覆盖率的要求。因此若对喷丸后的工件表面粗糙度有较高的要求应选用较小的玻璃弹丸。

(6)压缩空气流量及压力：采用气动喷丸机进行玻璃喷丸处理时，气动喷丸机以压缩空气驱动弹丸，使其达到高速后喷射被喷工件表面以形成残余压应力层。为了达到规定的喷丸强度，必须保证空压机产生的压缩空气的流量以及出口压力。

(7)弹丸喷射距离：弹丸喷射距离是指采用气动喷丸机进行喷丸强化处理时喷嘴与工件表面保持的距离。为了保证喷丸强度和形成理想的残余压应力层，弹丸喷射距离这个参数值必须控制在一定的范围内。

(8)弹丸喷射角度：喷射角是指玻璃弹丸束向工件表面喷射的角度，有效喷丸强度与喷射角的正弦成正比，因此垂直喷射时强度最大。

(9)覆盖率：被喷丸表面的规定部位上，弹痕占据的面积与需要喷丸强化的面积之比的比值称为覆盖率。覆盖率以百分数表示。100％覆盖率是无法确定的，一般采用98％的覆盖率表示覆盖率的一个单位。因此，要求覆盖率大于等于100％时，单位面积上弹痕占据的面积至少应在98％以上，大于100％的覆盖率通常用98％覆盖率所要求的喷丸时间的倍数来表示。

提高不锈钢焊接接头抗应力腐蚀性能的玻璃喷丸处理工艺可以强化不锈钢焊接接头应力腐蚀开裂能力。其机理：焊接接头发生应力腐蚀开裂的基本原因是由于焊缝区域存在焊接残余拉应力，玻璃喷丸处理后能在焊接接头表层形成残余压应力层，从而破坏应力腐蚀开裂发生的必要条件，以此达到强化不锈钢焊接接头应力腐蚀开裂能力的目的。这种处理方法可以提高了奥氏体不锈钢焊接接头抗应力腐蚀开裂的性能，有效的避免了采用钢丸进行喷丸处理时遇到的电化学腐蚀问题。该处理工艺可以适合多种形式焊接接头的强化。

附图说明

以下将结合附图对发明作进一步说明。

图1为本发明弹丸喷射角度的示意图。

具体实施方式

参照附图1，提高奥氏体不锈钢焊接接头抗应力腐蚀性能的玻璃喷丸处理工艺：

1、玻璃喷丸处理前采用一定的表面清洁处理方法从待处理的工件2表面上除去所有灰土、水垢和包覆物。需要时，磁粉检测、染色渗透检测、超声波或其它的缺陷及裂纹探测过程，要在玻璃喷丸处理前完成。玻璃弹丸的质量要达到一定的要求。

2、将喷射焊枪1对准需要处理的焊缝及热影响区域，热影响区宽度d₂为焊缝宽度d₁的2～3倍，如焊缝宽度为10mm，焊缝两侧的热影响区宽度约为20～30mm。然后，通过压缩空气驱动弹丸，使其达到高速后喷射确定的焊缝处理区域。为了达到规定的喷丸强度，空压机产生压缩空气流量为8～10m³/min、出口压力为0.4～0.6MPa。处理中需要保持焊枪焊嘴与被喷焊接工件表面的距离，一般将弹丸喷射距离控制在150～250mm的范围内。玻璃弹丸束3与焊接工件表面2的喷射角度α控制在70°～100°。同时，喷射覆盖率要求达到100％～200％。

3、玻璃喷丸处理后被处理焊接工件表面需要进行一定的清理工作，去除残留在工件表面的玻璃残渣。采用X射线衍射仪进行检测，焊接工件表面的残余应力是压应力，即为合格。

提高奥氏体不锈钢焊接接头抗应力腐蚀性能的玻璃喷丸处理工艺的主要控制参数的选择为：

1、玻璃弹丸强度：基本上达到0.2～0.3mmA。

2、玻璃弹丸化学成分：72.5％的SiO₂，9.75％的CaO，13％的Na₂O，3.3％的MgO，特征密度为2.5g/cm³。

3、玻璃弹丸硬度：达到莫氏硬度5.5～6.5。

4、玻璃弹丸直径：0.2mm。

5、压缩空气流量及压力：8m³/min、0.4MPa(表压)。

6、玻璃弹丸喷射距离：250mm。

7、弹丸喷射角度：90°

8、覆盖率：达到100％以上。

处理后，采用X射线衍射仪检测焊接工件处理表面，检测点处的残余应力均为压应力，最大值达到-364MPa。