[发明专利]一种焊缝特征区域变形损伤演化规律实验方法

说明书

本发明公开了一种焊缝特征区域变形损伤演化规律实验方法，选取试样加工段，加工段包含整个焊缝以及焊缝两侧所连接的第一母材和第二母材，第一母材和第二母材的长度大于试样夹持段的长度；设计包含焊缝全壁厚的拉伸试样结构；通过慢走丝线切割沿垂直于焊缝方向的平面从厚度方向对拉伸试样结构进行切割；对拉伸试样结构的焊缝进行打磨及腐蚀处理；对拉伸试样结构进行拉伸加载，并对实验过程中的拉伸试样结构表面进行变形原位观察；分别进行焊缝强弱匹配分析、特征区域应变演化过程分析、焊缝损伤产生与演化过程分析，完成焊缝特征区域变形损伤演化规律实验。本发明为焊缝的安全评价和安全防护奠定基础。

技术领域

本发明属于焊缝力学性能分布测试技术领域，具体涉及一种焊缝特征区域变形损伤演化规律实验方法。

背景技术

油气管道作为现代社会能源供应的主要方式，其安全性对能源的输送和存储有着至关重要的影响。油气管道失效事故往往导致重大的经济损失、人员伤亡、环境污染等诸多问题，因此油气管道的服役安全越来越受到运营商的重视。焊缝作为油气管道的薄弱环节，其力学性能对管道安全服役有着重要影响。随着焊缝引发的安全事故越来越多，人们对焊缝力学行为的研究也越来越深入。无论从安全评价的角度还是从安全防护的角度，掌握焊缝的变形及失效机理有着重要的意义。

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，因此焊缝微区拉伸力学性能差异的表征技术也成为实际工程研究中的一大难题。目前相关标准均是将焊缝作为整体结构进行研究，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对焊缝变形及失效的贡献。在研究焊缝失效机理时，大部分理论和有限元模拟也是将焊缝假定为均匀材料，来研究焊缝宏观的失效过程，这种方法是不准确的，因为焊缝不同区域的力学性能差异较大，必然导致焊缝变形和失效过程与匀质材料有较大的差别。因此目前急需一种实验手段来研究焊缝承载过程中不同特征区域的变形差异及失效机理。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种焊缝特征区域变形损伤演化规律实验方法，利用焊缝横向和纵向几何形状特征，设计了一种全壁厚试样形状及切割方法。同时结合金属腐蚀显象技术、准静态拉伸技术及DIC技术，通过变形原位观察技术对焊缝特征区域在受拉伸载荷时的变形分布及失效过程进行表征，整体描绘焊缝薄弱区域的位置及变形失效的动态过程，为管道焊缝的失效机理研究提供实验基础，为焊缝的安全评价及安全防护提供试验依据。

本发明采用以下技术方案：

一种焊缝特征区域变形损伤演化规律实验方法，包括以下步骤：

S1、选取试样加工段，加工段包含整个焊缝以及焊缝两侧所连接的第一母材和第二母材，第一母材和第二母材的长度大于试样夹持段的长度；

S2、设计包含焊缝全壁厚的拉伸试样结构；

S3、通过慢走丝线切割沿垂直于焊缝方向的平面从厚度方向对拉伸试样结构进行切割；

S4、对拉伸试样结构的焊缝进行打磨及腐蚀处理；

S5、对步骤S4处理后的拉伸试样结构进行拉伸加载，并对实验过程中的拉伸试样结构表面进行变形原位观察；

S6、分别进行焊缝强弱匹配分析、特征区域应变演化过程分析、焊缝损伤产生与演化过程分析，完成焊缝特征区域变形损伤演化规律实验。

具体的，步骤S2中，焊缝试样结构包括焊缝区域，焊缝区域为倒圆台型结构，设置在第一母材和第二母材之间，焊缝区域与第一母材之间设置有第一热影响区，焊缝区域与第二母材之间设置有第二热影响区，焊缝区域上至下依次为焊缝盖面层、焊缝填充层和根焊层。