一种激光降低修复合金腐蚀敏感性的设备及方法

本申请涉及激光加工，特别是涉及一种激光降低修复合金腐蚀敏感性的设备及方法。

背景技术：

1、随着金属合金技术的发展，如图1所示，过饱和固溶的合金材料100在一定的敏化高温下会在晶界120处析出二次相颗粒（β相颗粒）130，如铝镁合金在50-200℃时过饱和的镁原子会在晶界120处析出形成mg2al3；奥氏体不锈钢在400-800℃过时饱和的碳原子会在晶界120处析出形成cr23c6；敏化温度下晶粒110中过饱和的元素原子偏析在晶界120处，形成二次相颗粒（β相颗粒）130，敏化程度越高析出的二次相颗粒（β相颗粒）130越多，在晶界120处形成连续的通道140，二次相颗粒（β相颗粒）130电势发生改变和晶粒110形成电势差构成腐蚀微电池，在腐蚀环境中优先被腐蚀，导致这些晶界120发生晶间腐蚀，造成晶粒110间结合力显著减弱，力学性能恶化，合金的机械强度大幅度下降，极易形成微裂纹。

2、为了解决金属合金敏化的技术问题，本领域通常采用以下方案进行处理：

3、切割去除材料修复：当材料敏化度>25mg/cm2时，即对合金的敏化区域进行切割分离，再将同样大小的合金材料进行焊接替换，不但在切割和焊接过程中容易造成合金剩余区域的变形，而且在焊缝处因产生局部应力，会导致力学性能和抗腐蚀性能显著下降，同时维修过程也需要耗费大量资源和时间；

4、热板加热修复：热板加热脱敏存在加热均匀性极差，温度过低区域达不到脱敏效果，而过高温区域又会使合金退火软化，并且该方法无法用于曲面构件的脱敏修复等问题；

5、电子束修复：电子束脱敏采用高能电子束对材料表面加热，因需要真空环境和贴近工件表面的电子束窗口，无法现场在线修复作业，具有极大的局限性；

6、脉冲电流修复：脉冲电流作用时间长，修复效率低，且修复效果只有浅表层，且设备笨重。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对合金敏化的问题，提供一种激光降低修复合金腐蚀敏感性的设备及方法。

2、一种激光降低修复合金腐蚀敏感性的设备，所述激光降低修复合金腐蚀敏感性的设备包括：

3、加工单元，包括激光器和透镜模组，所述激光器发出的激光能通过所述透镜模组到达合金材料表面，以使所述合金材料表面的瞬态加热温度达到固溶温度和熔化温度之间；

4、运动单元，连接于所述透镜模组，以带动所述透镜模组运动；

5、控制单元，通信连接于所述移动单元和所述激光器，所述控制单元用于调节所述激光器的参数，以及控制所述运动单元进行作业。

6、上述激光降低修复合金腐蚀敏感性的设备，通过设置加工单元，激光器发出的激光能通过透镜模组到达合金材料表面，使合金材料表面的瞬态加热温度达到固溶温度和熔化温度之间，即瞬态加热温度达到固溶温度以上，且熔化温度以下，通过扫描激光产生的局部快速加热和冷却带来的瞬态固溶热处理效果，将合金中偏析在晶界处的二次相颗粒快速离解，使其重新固溶回晶粒中并在晶粒内成核生长，难以再次析出，从而实现降低、修复铝合金材料的敏化程度即对腐蚀的敏感性，增强其抗腐蚀性能、使用寿命及未来对敏化腐蚀的抵抗力的同时不影响其本身机械性能。而通过运动单元带动加工单元运动，从而调节了加工位置，控制单元与运动单元和加工单元通信连接，通过控制激光器的输出功率、脉冲能量、重复频率和聚焦特性等参数，可灵活精确的控制合金材料温度，在降低修复腐蚀敏感性的前提下，可最大程度地减小对合金材料机械性能的影响。而且，由于激光束可远距离传输特点，因此，可实现对合金进行非接触方式固溶热处理，从而有效解决了紧密接触和短距离固溶热处理的问题，由于激光束可以聚焦到微米量级光斑直径特点，因此，可以实现在空间狭窄的位置进行合金腐蚀敏感性修复加工。另外，激光可以实现对合金材料进行表面、体以及降低修复腐蚀敏感性加工，提高合金材料在后续使用过程中的抗再次敏化特性。

7、在其中一个实施例中，所述透镜模组包括相连接的振镜组件和场镜组件，所述激光器发出的激光依次通过所述振镜组件和所述场镜组件到达所述合金材料表面；

8、所述运动单元的运动端连接于所述振镜组件。

9、在其中一个实施例中，所述透镜模组还包括与所述振镜组件连接的动态聚焦组件；

10、所述激光器包括光纤激光器和光纤，所述光纤激光器发出的激光通过所述光纤和所述动态聚焦组件到达所述振镜组件。

11、在其中一个实施例中，所述加工单元还包括功能涂层，所述功能涂层设置于所述合金材料表面，所述透镜模组射出的激光能够到达所述功能涂层，所述功能涂层用于增加激光吸收率，且不与所述合金材料发生化学反应。

12、本申请还提供了一种激光降低修复合金腐蚀敏感性的方法，使用上述任一项所述的激光降低修复合金腐蚀敏感性的设备，所述激光降低修复合金腐蚀敏感性的方法包括：

13、开启所述加工单元、所述运动单元以及所述控制单元，使所述激光器发出的激光通过所述透镜模组到达所述合金材料表面，以使所述合金材料表面的瞬态加热温度达到固溶温度和熔化温度之间。

14、上述激光降低修复合金腐蚀敏感性的方法，利用激光降低修复合金腐蚀敏感性的设备对合金材料表面进行激光扫描，通过扫描激光产生的局部快速加热和冷却带来的瞬态固溶热处理效果，将合金中偏析在晶界处电势发生改变的二次相颗粒快速溶解，使其重新固溶回晶粒中并在内部成核生长成新的相颗粒，难以再次析出，从而实现增强金属合金的抗腐蚀性能、使用寿命及未来对敏化腐蚀的抵抗力。

15、在其中一个实施例中，激光扫描结束后，利用腐蚀溶液对所述合金材料进行腐蚀，进行敏化度检测。

16、在其中一个实施例中，在进行敏化度检测时，对所述合金材料进行封装，且露出待检测的检测面。

17、在其中一个实施例中，对所述合金材料进行封装时，将所述合金材料装入封装盒，然后用硅胶填充所述合金材料的未检测面和所述封装盒之间的间隙。

18、在其中一个实施例中，当检测得到所述合金材料的敏化度大于预设值时，重新进行激光扫描，直至所述合金材料的敏化度低于预设值，其中所述预设值根据所述合金材料的具体材料进行确定。

19、在其中一个实施例中，在重新进行激光扫描时，通过控制单元调节所述激光器的参数，并控制运动单元带动加工单元运动。

技术特征：

1.一种激光降低修复合金腐蚀敏感性的设备，其特征在于，所述激光降低修复合金腐蚀敏感性的设备包括：

2.根据权利要求1所述的激光降低修复合金腐蚀敏感性的设备，其特征在于，所述透镜模组包括相连接的振镜组件(400)和场镜组件(500)，所述激光器(200)发出的激光依次通过所述振镜组件(400)和所述场镜组件(500)到达所述合金材料(100)表面；

3.根据权利要求2所述的激光降低修复合金腐蚀敏感性的设备，其特征在于，所述透镜模组还包括与所述振镜组件(400)连接的动态聚焦组件(300)；

4.根据权利要求1所述的激光降低修复合金腐蚀敏感性的设备，其特征在于，所述加工单元还包括功能涂层(600)，所述功能涂层(600)设置于所述合金材料(100)表面，所述透镜模组射出的激光能够到达所述功能涂层(600)，所述功能涂层(600)用于增加激光吸收率，且不与所述合金材料(100)发生化学反应。

5.一种激光降低修复合金腐蚀敏感性的方法，其特征在于，使用上述权利要求1-4任一项所述的激光降低修复合金腐蚀敏感性的设备，所述激光降低修复合金腐蚀敏感性的方法包括：

6.根据权利要求5所述的激光降低修复合金腐蚀敏感性的方法，其特征在于，激光扫描结束后，利用腐蚀溶液对所述合金材料(100)进行腐蚀，进行敏化度检测。

7.根据权利要求6所述的激光降低修复合金腐蚀敏感性的方法，其特征在于，在进行敏化度检测时，对所述合金材料(100)进行封装，且露出待检测的检测面。

8.根据权利要求7所述的激光降低修复合金腐蚀敏感性的方法，其特征在于，对所述合金材料(100)进行封装时，将所述合金材料(100)装入封装盒，然后用硅胶填充所述合金材料(100)的未检测面和所述封装盒之间的间隙。

9.根据权利要求6所述的激光降低修复合金腐蚀敏感性的方法，其特征在于，当检测得到所述合金材料(100)的敏化度大于预设值时，重新进行激光扫描，直至所述合金材料(100)的敏化度低于预设值，其中所述预设值根据所述合金材料(100)的具体材料进行确定。

10.根据权利要求9所述的激光降低修复合金腐蚀敏感性的方法，其特征在于，在重新进行激光扫描时，通过控制单元(800)调节所述激光器(200)的参数，并控制运动单元(700)带动加工单元运动。

技术总结本申请涉及一种激光降低修复合金腐蚀敏感性的设备及方法，激光降低修复合金腐蚀敏感性的设备包括加工单元、运动单元以及控制单元，加工单元包括激光器和透镜模组，激光器发出的激光能通过透镜模组到达合金材料表面，以使合金材料表面的瞬态加热温度达到固溶温度和熔化温度之间；运动单元连接于透镜模组，以带动透镜模组运动；控制单元通信连接于移动单元和激光器，控制单元用于调节激光器的参数，以及控制运动单元进行作业。激光降低修复合金腐蚀敏感性的方法包括：开启加工单元、运动单元以及控制单元，使激光器发出的激光通过透镜模组到达合金材料表面，以使合金材料表面的瞬态加热温度达到固溶温度和熔化温度之间。技术研发人员：邓磊敏,杨紫荆,陈天庭,杨贵洋,吴思,刘乐,苏晓慧,段军,熊伟受保护的技术使用者：华中科技大学技术研发日：技术公布日：2024/12/2