一种储氢瓶的激光喷丸装置及其制作方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种储氢瓶的激光喷丸装置，包括激光发射装置和喷水装置；所述激光发射装置用于产生激光束，所述激光束用于射入储氢瓶筒体的待弯曲部位；所述喷水装置用于产生水流束，所述水流束用于射入所述激光束的射入点附件表面；所述水流束和激光束均相对于储氢瓶筒体轴线做回转运动；所述储氢瓶筒体固定安装；所述激光发射装置产生绕储氢瓶筒体轴线旋转的激光束；所述喷水装置产生绕储氢瓶筒体轴线旋转的水流束。本发明专利技术利用激光冲击在靶材上的动态响应过程和高速冲击后的回弹过程诱导表面残余压应力抑制在高压临氢环境下氢致裂纹的扩展。

【技术实现步骤摘要】
一种储氢瓶的激光喷丸装置及其制作方法
本专利技术涉及储氢瓶的制作领域或者回转体激光喷丸领域，特别涉及一种储氢瓶的激光喷丸装置及其制作方法。
技术介绍
氢能具有储量丰富、可再生、可储运等优点，其作为新型清洁能源的首选，已被广泛应用于汽车、航空、船舶等行业，氢能的利用对于解决目前制约全球经济发展的“能源短缺”和“环境污染”两大难题具有重要战略意义。高压储氢由于设备结构简单、压缩氢气制备能耗低等优点，成为目前占主导地位的储氢方式，其中，高压储氢容器如储氢瓶是高压储氢系统的关键设备。然而，临氢设备常用金属材料在高压气态氢环境下长期工作，会出现塑性降低、裂纹扩展速率加快的高压氢脆现象，导致关键结构件在服役期内过早失效。针对临氢设备常用金属材料的抗氢脆延寿问题，国内外学者主要从两个方面开展了相关研究：一是在金属材料表面制备特殊涂层以阻止氢渗透行为，二是采用传统表面形变改性工艺来抑制材料对氢的吸收。例如国内专利技术专利提出了一种抗氢脆、抗硫化腐蚀的加氢裂化专用热电偶，随后在热电偶表面又制备了一层保护层，达到更好的抗氢脆效果，所述抗氢脆保护层制备方法主要是在表面预制喷涂一层纳米陶瓷，后经CO2激光器重溶，制成0.5-0.8mm厚度的耐高温氢脆腐蚀保护层，可以有效提高法兰和保护管合金在炼油化工加氢裂化、制氢过程中氢脆开裂和腐蚀断裂问题，大大延长了产品的使用周期。然而，储氢瓶关键结构件长期服役于高压储氢环境以及氢的充放交变压力会降低表面镀层与基体的结合强度，加块腐蚀失效进程，且在储氢瓶内表面制备涂层可能会影响氢的纯度。例如日本期刊文献里的描述，通过空化喷丸诱导的表面残余压应力防止不锈钢中的氢脆，证明了空化喷丸引起的压缩残余应力可以减少奥氏体不锈钢表面的氢侵蚀，但传统的机械喷丸、空化射流喷丸等工艺易导致处理表面粗糙度增大，从而促进氢的吸附，削弱了强化效果。近年来光力热学科的交叉发展，尤其是激光和材料相互作用产生热、力效应的应用引起广泛关注。其中，激光喷丸强化(LaserPeening-LP)技术作为一种新颖的且质量上佳表面改性工艺，已被应用于金属零件抗腐蚀、抗氢脆以及抗疲劳性能等研究。但现阶段很多研究集中于金属材料及其标准力学试样的抗氢脆性能，但标准试样的研究结果应用于实际工程部件往往存在一定的偏差。
技术实现思路
针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种储氢瓶的激光喷丸装置及其制作方法，通过将激光喷丸强化材料工艺与储氢瓶生产工艺结合，可以提高储氢瓶关键结构部位的抗氢脆性，增强其服役寿命。储氢瓶在弯曲部位最易发生氢脆失效，而在储氢瓶的制造过程中是先将金属融化轧成无缝圆柱筒体然后再开展弯曲工艺，本专利技术提出在金属融化轧制成无缝圆柱筒体但还未进行弯曲工艺前，在圆柱筒体即将要弯曲处进行大面积的激光喷丸处理，通过激光喷丸在靶材上的动态响应过程和高速冲击后的回弹过程诱导表面残余压应力，以及高密度位错与细化晶粒，能强有力地抑制处理表面的氢入侵，以提升整体储氢罐的抗氢脆性能，进而提升其服役寿命的方法及装置。本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。一种储氢瓶的激光喷丸装置，包括激光发射装置和喷水装置；所述激光发射装置用于产生激光束，所述激光束用于射入储氢瓶筒体的待弯曲部位；所述喷水装置用于产生水流束，所述水流束用于射入所述激光束的射入点附件表面；所述水流束和激光束均相对于储氢瓶筒体轴线做回转运动。进一步，所述储氢瓶筒体固定安装；所述激光发射装置产生绕储氢瓶筒体轴线旋转的激光束；所述喷水装置产生绕储氢瓶筒体轴线旋转的水流束。进一步，所述喷水装置包括喷头和杆；所述杆伸入所述储氢瓶筒体内部，所述杆一端与旋转电机连接；所述喷头安装在杆上，所述喷头用于产生水流束；所述激光发射装置包括定点镜、聚焦镜和激光器；所述聚焦镜安装在杆另一端上，所述激光器射出的激光束由定点镜与聚焦镜聚焦到所述储氢瓶筒体内壁。进一步，所述储氢瓶筒体通过滚轮架支撑，滚轮架用于使所述储氢瓶筒体产生自旋转运动。所述喷水装置包括喷头和杆；所述杆伸入所述储氢瓶筒体内部，所述喷头安装在杆上，所述喷头用于产生水流束；所述激光发射装置包括定点镜、聚焦镜和激光器；所述聚焦镜安装在杆上，所述激光器射出的激光束由定点镜与聚焦镜聚焦到所述储氢瓶筒体内壁。进一步，还包括平台；所述平台上安装杆，用于使杆沿储氢瓶筒体轴向和径向移动。进一步，还包括水槽；所述水槽位于所述储氢瓶筒体的两端，用于回收水流束。一种储氢瓶的制作方法，包括如下步骤：制作所述储氢瓶筒体；对储氢瓶筒体的待弯曲部位激光喷丸；储氢瓶筒体再弯曲成型。进一步，对储氢瓶筒体的待弯曲部位激光喷丸具体为：储氢瓶筒体的待弯曲部位设置保护层；通过喷头产生的水流束覆盖待弯曲部位形成约束层；激光喷丸处理：设置激光器参数，启动激光器，通过控制系统使水流束和激光束均相对于储氢瓶筒体轴线做回转运动；对储氢瓶筒体的待弯曲部位进行激光喷丸处理。进一步，所述保护层为铝箔，所述铝箔厚度至少100μm；所述约束层的厚度为1-2mm。本专利技术的有益效果在于：1.本专利技术所述的储氢瓶的制作方法，在储氢瓶还未进行弯曲工艺时对其关键结构部位进行激光喷丸处理，利用激光冲击在靶材上的动态响应过程和高速冲击后的回弹过程诱导表面残余压应力抑制在高压临氢环境下氢致裂纹的扩展。2.本专利技术所述的储氢瓶的制作方法，通过激光喷丸诱导的高密度位错与细化晶粒，能强有力地抑制处理表面的氢入侵，以提升整体储氢罐的抗氢脆性能，进而提升其服役寿命。3.本专利技术所述的储氢瓶的激光喷丸装置，通过水流束和激光束均相对于储氢瓶筒体轴线做回转运动，在不影响激光效果的情况下达到了预期的圆周型光路的效果，满足了筒体圆周型内壁的加工要求。4.本专利技术将激光喷丸工艺与储氢瓶制造工艺完美结合，如长期投入使用，能大幅度提升储氢瓶在高压临氢环境下的服役寿命，从而节省成本并为氢能产业的发展画上浓墨重彩的一笔。附图说明图1为本专利技术的实施例1的结构原理图。图2为本专利技术的实施例2的结构原理图。图3为本专利技术所述的储氢瓶筒体成形后的平面图。图中：1-计算机；2-激光器；3-定点镜；4-升降旋转杆；5-喷头；6-硬管；7-聚焦镜；8-铝箔；9-杆；10-储氢瓶筒体；11-联轴器；12-旋转电机；13-平台；14-大水槽；15-可调压水泵；16-水槽；17-待弯曲部位；18-支撑架；19-滚轮架；20-弯曲处。具体实施方式下面结合附图以及具体实施例对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术的保护范围并不限于此。实施例1如图1所示，本专利技术所述的储氢瓶的激光喷丸装置，所述储氢瓶筒体10通过支撑架18固定安装，所述支撑架18类似于V型块结构，所述喷水装置包括喷头5和杆9；所述杆9伸入所述储氢瓶筒体10内部，所述杆9一端与旋转电机12连接；所述喷头5通过硬管6和软管的结合固定在杆9上，所述喷头5通过旋转接头与可调压水泵15连接，用于产生水流束；所述可调压水泵15与大水槽14连通；所述激光发射装置包括定点镜3、聚焦镜7和激光器2；所述聚焦镜7安装在杆9另一端上，所述激光器2射出的激光束由定点镜3与聚焦镜7聚焦到所述储氢瓶筒体10内壁。所述定点镜3下方设有升降旋转杆4；平台13上设有旋转电机12，旋转电机12经联轴器11安装杆9，用于使杆9沿储氢瓶筒体10轴向和径向移动。如图1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种储氢瓶的激光喷丸装置，其特征在于，包括激光发射装置和喷水装置；所述激光发射装置用于产生激光束，所述激光束用于射入储氢瓶筒体(10)的待弯曲部位(17)；所述喷水装置用于产生水流束，所述水流束用于射入所述激光束的射入点附件表面；所述水流束和激光束均相对于储氢瓶筒体(10)轴线做回转运动。

【技术特征摘要】
1.一种储氢瓶的激光喷丸装置，其特征在于，包括激光发射装置和喷水装置；所述激光发射装置用于产生激光束，所述激光束用于射入储氢瓶筒体(10)的待弯曲部位(17)；所述喷水装置用于产生水流束，所述水流束用于射入所述激光束的射入点附件表面；所述水流束和激光束均相对于储氢瓶筒体(10)轴线做回转运动。2.根据权利要求1所述的储氢瓶的激光喷丸装置，其特征在于，所述储氢瓶筒体(10)固定安装；所述激光发射装置产生绕储氢瓶筒体(10)轴线旋转的激光束；所述喷水装置产生绕储氢瓶筒体(10)轴线旋转的水流束。3.根据权利要求2所述的储氢瓶的激光喷丸装置，其特征在于，所述喷水装置包括喷头(5)和杆(9)；所述杆(9)伸入所述储氢瓶筒体(10)内部，所述杆(9)一端与旋转电机(12)连接；所述喷头(5)安装在杆(9)上，所述喷头(5)用于产生水流束；所述激光发射装置包括定点镜(3)、聚焦镜(7)和激光器(2)；所述聚焦镜(7)安装在杆(9)另一端上，所述激光器(2)射出的激光束由定点镜(3)与聚焦镜(7)聚焦到所述储氢瓶筒体(10)内壁。4.根据权利要求2所述的储氢瓶的激光喷丸装置，其特征在于，所述储氢瓶筒体(10)通过滚轮架(19)支撑，所述滚轮架(19)用于使所述储氢瓶筒体(10)产生自旋转运动。所述喷水装置包括喷头(5)和杆(9)；所述杆(9)伸入所述储氢瓶筒体(10)内部，所述喷头(5)安装在杆(9)上，所述喷头(5)用于产生水流束；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：马冬辉，黄舒，盛杰，赵家曦，袁广，李红宇，胡晓奇，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32