[发明专利]一种管道焊缝微区拉伸试样加工及测试方法

说明书

本发明公开了一种管道焊缝微区拉伸试样加工及测试方法，试样加工时先选取试样加工段，在所选取的加工段内进行焊缝微区划分；在所划分的微区内设计试样尺寸及形状；使焊缝微区试样在不超出微区范围的前提下尺寸最大化；使焊缝微区试样在不超出微区范围的前提下尺寸最大化，以减小试样加工及后期表面处理的难度，同时满足σ×W×H小于测试设备量程的80％，其中σ为焊缝微区材料的屈服强度；在焊缝的盖面层、填充层和根焊层部分，焊缝的厚度方向沿焊层的堆积方向分布；最后加工经过设计的试样并进行编号；使焊缝微区试样在不超出微区范围的前提下尺寸最大化，以减小试样加工及后期表面处理的难度，解决安全评价中焊缝微区力学性能未知的情况。

技术领域

本发明属于焊缝试样加工及力学性能测试技术领域，具体涉及一种管道焊缝微区拉伸试样加工及测试方法。

背景技术

目前针对焊缝部位的安全评价方法是将焊缝部位材料拉伸性能用母材的拉伸性能代替进行评价，这种评价方法对于一般的强匹配焊缝来说过于保守，对于弱匹配焊缝来说又不可靠，因此急需掌握管道焊缝部位的拉伸性能。对于焊缝内部的缺陷，最可靠的评价方法是利用缺陷周边的材料性能进行评价，目前相关标准均是将焊缝作为整体结构进行研究，焊缝拉伸性能测试试样跨越整个焊缝区域，该方法得到的是焊缝的宏观力学性能，无法区分焊缝不同特征区域的力学性能差异。基于以上原因，焊缝特征区域的材料强度、韧性分布规律的研究越来越受到研究人员的重视。

焊缝在焊接过程中，由于不同焊层的焊条材料、焊接工艺、焊接电流等参数影响，最终成型的焊缝在不同区域的力学性能呈现出较大的差异。由于各区域较小，试样加工比较困难，因此环焊缝微区拉伸力学性能的测试也成为实际工程中的一大难题。在文章《焊缝结构微区材料力学性能研究》（作者：汤忠斌、徐绯、许泽建等；杂志：机械强度；刊号：2010,32(1):58-63）以及学位论文《高温环境下微区拉伸试样材料力学性能测试方法的研究》（作者：朱勐晖；出版社：西北工业大学；时间：2006）中，作者提出了一种焊缝的微区试样加工及测试方法，试样加工方法见图1和图2，所述方法从焊缝结构上取出跨母材、焊缝、热影响区的坯料，沿壁厚方向进行分层，加工出包含母材、焊缝和热影响区的薄片，并将其厚度打磨至0.5mm，腐蚀出焊缝各微区结构之后，利用慢走丝切割出焊缝各区域的微区拉伸试样。该方法沿壁厚方向将焊缝切成薄片，实现了焊缝微区拉伸试样的加工，但是由于焊缝热影响区相对较窄，导致加工的试样测试段尺寸过小，试样表面处理对试验结果的误差影响较大，因此该方法试样加工过程繁琐，需要进行严格的表面处理。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种管道焊缝微区拉伸试样加工及测试方法，利用焊缝结构的自然形貌，对焊缝不同区域进行试样的精准设计和加工，使焊缝微区试样在不超出微区范围的前提下尺寸最大化，以减小试样加工及后期表面处理的难度，同时提出一种焊缝微区拉伸性能的测试方法，解决安全评价中焊缝微区力学性能未知的情况，为提高焊缝内部缺陷安全评价的准确性和可靠性奠定基础。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是，焊缝微区拉伸试样设计和加工方法，包括以下步骤：

步骤1，试样加工段选取；

步骤2，将步骤1选取的试样加工段于垂直焊缝切割成长度大于试样长度的尺寸的坯料，在所述坯料上划分焊缝取样区；

步骤3，在步骤2所划分焊缝取样区内设计试样尺寸及形状；使试样在不超出焊缝取样区内范围的前提下尺寸最大化；

将热影响区的宽度作为微区拉伸试样的厚度H，试样两端为夹持段，中部为测试段，测试段的宽度W大于试样厚度H且小于根焊层部位的宽度，同时满足σ×W×H小于测试设备量程的80%，其中σ为焊缝微区材料的屈服强度；微区拉伸试样夹持段的宽度小于根焊层部位的宽度；在焊缝的盖面层、填充层和根焊层部分，焊缝的厚度方向沿焊层的堆积方向分布；试样的几何形状为扁平的狗骨状；

步骤4，加工步骤3设计的试样并进行编号，加工试样时，先从坯料上分层切取预切割试样片，再从预切割试样片上切割出试样的几何形状。