[发明专利]一种确定双向应力状态下直缝焊管焊缝本构参数的方法

说明书

技术领域

本发明涉及直缝焊管塑性成形领域，具体是一种确定双向应力状态下直缝焊管焊缝本构参数的方法，此技术也可拓展到拼焊板焊缝本构参数的确定。

背景技术

由于直缝焊管弯曲件具有低成本、短周期、强韧化等特点，在汽车工业中得到了广泛应用。焊管与无缝管的主要差别在于焊缝与母材性能的显著差异，而对于塑性成形性能的影响则主要反映在焊缝与母材的本构参数中的强度系数K和硬化指数n存在显著差异，即焊缝的强度系数K较母材的大得多，而其硬化指数n则较母材的小得多。由于直缝焊管在弯曲过程中主要呈现双向应力状态，因此确定双向应力状态下焊管焊缝材料的本构参数K和n是研究焊管弯曲塑性变形行为、提高焊管弯曲成形质量和成形极限的基础。

经对现有国内外专利技术、标准等文献检索，目前尚未见到确定双向应力状态下焊缝本构参数K和n方法的相关专利文献报道。

查阅国内外相关期刊文献，发现已有的关于确定拼焊板和焊管的焊缝本构参数K和n的方法都是基于单向应力状态下进行的。这些方法包括单向拉伸实验法、混合材料拉伸实验法及显微硬度实验法三种。其中，单向拉伸实验法是直接在焊管上直接截取仅包含焊缝材料的标准或非标准拉伸试样，然后进行单向拉伸实验。将单向拉伸实验得到的应力应变曲线拟合得到反映焊缝材料特性的强度系数K值和硬化指数n值。该方法主要适用于宽焊缝焊管，对于窄焊缝焊管，直接截取仅含焊缝的拉伸试样困难，由于试样的宽度对测量结果影响很大，从而导致所确定的焊缝性能参数波动性大，不准确。针对焊缝材料拉伸实验中难以制备纯焊缝拉伸试样的不足，混合材料拉伸实验法是在焊缝附近截取包括焊缝及周围材料做成混合材料拉伸试样，进行单向拉伸实验，再基于混合法则从试验数据中“提取”出焊缝的流动应力，进而拟合得到焊缝材料的本构参数K和n值。但因为该方法将介于焊缝和母材间的热影响区材料或者视为焊缝材料，或者视为母材。试样宽度不同，也就意味着热影响区在试样中所占比例不同，从而对所获得的焊缝材料本构参数的精度有很大影响。而显微硬度实验法，通过焊缝及母材显微硬度实验及母材单向拉伸实验，然后基于硬度-应力正比公式获得焊缝的流动应力，进而拟合得到焊缝材料的本构参数K和n。由于显微硬度实验法简单易行，因而获得了广泛应用。

对于无缝管弯曲成形，闫晶等提出了一种确定双向应力状态下无缝管本构参数K和n的方法。该方法首先设计了在单向拉伸下能出现双向应力状态的有孔拉伸试样，然后采用有孔试样单向拉伸实验，结合有限元模拟和人工神经网络获得了双向应力状态下无缝管的本构参数K和n。该方法适用于无缝管材，可为确定双向应力状态下直缝焊管母材的本构参数K和n提供参考。

发明内容

为克服现有技术无法获得双向应力状态下焊管焊缝本构参数的难题，本发明提出了一种确定双向应力状态下直缝焊管焊缝本构参数的方法。

本发明提出的确定双向应力状态下直缝焊管焊缝本构参数的方法包括如下步骤：

步骤1，进行母材单向拉伸实验，确定母材在单向应力状态下的本构参数和

按照GB/T 228-2002附录D中管材使用的试样类型，从与焊缝对称的母材部位沿轴向截取全壁厚纵向标准弧形拉伸试样，其中比例系数取5.65。

采用拉伸试验机对该试样进行单向拉伸实验，得到拉伸过程中母材的流动应力-应变数据，然后采用式(1)、式(2)获得母材在单向应力状态下的本构参数和