一种采用仿生耦合强化金属材料焊接接头的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及改善金属材料焊接接头性能，特别是涉及一种采用仿生耦合强化金属材料焊接接头的方法。
【背景技术】
[0002]疲劳失效是金属焊接结构失效的一种主要形式，它发生在承受交变载荷的构件中，当焊接结构产生破坏时，其所受到的最大应力通常要低于材料的抗拉强度，有时甚至低于材料的屈服强度，据资料统计，由疲劳裂纹引起的焊接结构失效断裂事故占总断裂事故的70?80%以上，其中约有50?90%属于疲劳失效。由于焊接结构疲劳断裂时往往是无明显塑性变形，会导致灾难性的事故，这在一定程度上制约了焊接结构的进一步广泛应用，使一些场合不得不放弃使用焊接结构，甚至怀疑焊接结构能否适用于承受动载的工程实际。因此提高焊接接头疲劳性能具有极大的潜在经济效益和社会效益，长期以来，它是国内外有关专家研究的热点问题。
【发明内容】
[0003]针对现有技术存在的问题，本发明提供一种改善金属材料焊接接头疲劳性能、提高其服役寿命的采用仿生耦合强化金属材料焊接接头的方法。
[0004]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0005]—种采用仿生耦合强化金属材料焊接接头的方法，包括:
[0006]步骤一:于金属材料的对接部位处焊接，焊接后形成焊接接头，所述焊接接头包括焊缝和位于所述焊缝两侧的热影响区；
[0007]步骤二:对焊接接头进行打磨去除焊接余高；
[0008]步骤三:利用激光束在所述焊缝或/和所述热影响区制备仿生耦合单元。
[0009]进一步，所述仿生耦合单元在所述焊缝或/和所述热影响区沿焊接方向和垂直于焊接方向的对接方向成排成列规则分布。
[0010]进一步，所述仿生耦合单元分别为点状或条纹状或网格状或上述三种中任意两者的组合。
[0011 ] 进一步，分布于所述焊缝的点状仿生親合单元直径为0.5?5mm，深度为0.3?2mm，相邻两个所述点状仿生耦合单元沿焊接方向的间距为0.2?20mm，沿对接方向的间距为0.2?5mm0
[0012]进一步，分布于所述热影响区的点状仿生親合单元直径为0.1?2mm，深度为0.1?2mm，相邻两个所述点状仿生耦合单元沿焊接方向的间距为0.2?20mm，沿对接方向的间距为0.2?2mm。
[0013]进一步，分布于所述焊缝的条纹状或网格状仿生耦合单元在焊缝表面与焊接方向之间的夹角为O?90°，条纹或网格宽度为0.5?5mm，深度为0.3?2mm，相邻两条纹之间沿焊接方向的间距为0.2?20mm，沿对接方向的间距为0.2?5mm。
[0014]进一步，分布于所述热影响区的条纹状或网格状仿生耦合单元在热影响区表面与焊接方向之间的夹角为O?90°，条纹或网格宽度为0.1?2mm，深度为0.1?2mm，相邻两条纹之间沿焊接方向的间距为0.2?20mm，沿对接方向的间距为0.2?2mm。
[0015]进一步，所述金属材料的焊接方法为钨极惰性气体保护焊。
[0016]本发明的有益效果:
[0017]本发明基于耦合仿生原理，利用激光束在金属材料焊接接头进行仿生设计，形成仿生耦合单元，激光束处理区域组织细化且力学性能提高，可有效抑制在交变载荷下疲劳裂纹的萌生，另外激光束处理区域作为硬质相可有效阻滞疲劳裂纹的扩展，从而有效地提高金属材料焊接结构的服役寿命。
【附图说明】
[0018]图1为本发明金属材料焊板的结构示意图；
[0019]图2为本发明焊缝设置点状仿生耦合单元的结构示意图；
[0020]图3为本发明热影响区设置点状仿生耦合单元的结构示意图；
[0021]图4为本发明焊缝和热影响区均设置点状仿生耦合单元的结构示意图；
[0022]图5为本发明焊缝设置条纹状仿生耦合单元的结构示意图；
[0023]图6问本发明焊缝设置网格状仿生耦合单元的结构示意图；
[0024]图7为本发明热影响区设置条纹状仿生耦合单元的结构示意图；
[0025]图8为本发明热影响区设置网格状仿生耦合单元的结构示意图；
[0026]图9为本发明焊缝和热影响区均设置条纹状仿生耦合单元的结构示意图；
[0027]图10为本发明焊缝和热影响区均设置网格状仿生耦合单元的结构示意图；
[0028]图11为本发明焊缝设置条纹状仿生耦合单元，热影响区设置点状仿生耦合单元的结构示意图；
[0029]图12为本发明焊缝设置点状仿生耦合单元，热影响区设置条纹状仿生耦合单元的结构示意图；
[0030]图13为本发明焊缝设置网格状仿生耦合单元，热影响区设置点状仿生耦合单元的结构示意图；
[0031]图14为本发明焊缝设置点状仿生耦合单元，热影响区设置网格状仿生耦合单元的结构示意图；
[0032]图15本发明疲劳试验件的结构示意图；
[0033]图中，i一金属母材、2一热影响区、3 一焊缝、4 一点状仿生耦合单元、5 一条纹状仿生耦合单元、6—网格状仿生耦合单元。
【具体实施方式】
[0034]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0035]需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0036]另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
[0037]本发明提供一种采用仿生耦合强化金属材料焊接接头的方法，包括:
[0038]步骤一:于金属母材I的对接部位处焊接，焊接后形成焊接接头，焊接接头包括焊缝3和位于焊缝3两侧的热影响区2;
[0039]步骤二:对焊接接头进行打磨去除焊接余高；
[0040]步骤三:利用激光束在所述焊缝3或/和所述热影响区2制备仿生耦合单元。
[0041]参照图1，在本实施例中，金属母材I对接处采用“V”型坡口，接头形式为对接接头，焊后对焊接接头进行机械打磨去除焊接余高，然后，利用激光束在焊接接头表面制备不同形貌的仿生耦合单元。优选的，仿生耦合单元在焊缝3或/和热影响区2沿焊接方向和垂直于焊接方向的对接方向成排成列规则分布，焊接方向为焊接时焊机的运动方向，对接方向为两个金属母材I相对接的方向，对接方向与焊接方向在同一水平面内相互垂直。然后在焊缝3或/和热影响区2利用激光束制备成排成列规则分布的仿生耦合单元，可以使处理区域组织细化且力学性能提高，有效抑制在交变载荷下疲劳裂纹的萌生，另外激光束处理区域作为硬质相可有效阻滞疲劳裂纹的扩展，从而有效地提高金属材料焊接结构的服役寿命。
[0042]仿生耦合单元分别为点状或条纹状或网格状或上述三种中任意两者的组合，其中仿生耦合单元可单独分布在焊缝3或热影响区2，也可以共同分布于焊缝3或热影响区2，焊缝3或热影响区2可分布相同形貌的仿生耦合单元，可以分布不同形貌的仿生耦合单元，举例如下:
[0043]参照图2，点状仿生耦合单元4仅设置于焊缝3，在焊缝