[發(fā)明專利]一種識別焊縫不同區(qū)域材料靜態(tài)力學(xué)性能參數(shù)的檢測方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110255869.7
• 申請日: 2011-08-31
• 公開（公告）號: CN102288499A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐峰祥;李光耀;孫光永;付磊
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南大學(xué)
• 主分類號: G01N3/40
• 分類號: G01N3/40
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務(wù)所 43008
• 代理人: 趙洪;周長清

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明主要涉及到機(jī)械工程制造中的材料檢測領(lǐng)域，特指一種焊縫區(qū)域材料力學(xué)性能參數(shù)的檢測方法。

背景技術(shù)

在對金屬板材進(jìn)行焊接過程中，由于電阻熱的影響，焊接區(qū)域的材料特性會發(fā)生變化，這就使該區(qū)域的性能也有別于母材，按照硬度的特征可以將焊接區(qū)域分成三個(gè)子區(qū)域：母材區(qū)、熱影響區(qū)、焊縫區(qū)。由于一般母材的尺寸與熱影響區(qū)相比足夠大，故在以往對此方面的研究中忽略熱影響區(qū)的材料特性，即在對焊接區(qū)域進(jìn)行有限元數(shù)值建模時(shí)直接將母材采用共節(jié)點(diǎn)連接或者剛性連接，很顯然這種情況下不能考慮焊縫處的材料特性，這種建模方法不足以仿真焊接區(qū)域處材料的真實(shí)力學(xué)特性。學(xué)者Abdullah等人利用“混合法”在等應(yīng)變假設(shè)的基礎(chǔ)上得到焊縫處的參數(shù)特性，C.H.Cheng等通過單獨(dú)對焊縫進(jìn)行拉伸試驗(yàn)并借用圖像處理系統(tǒng)記錄拉伸過程中焊縫處真實(shí)的應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)，以此得到焊縫的較為真實(shí)的力學(xué)參數(shù)，然而，通過上訴方法得到焊縫區(qū)域參數(shù)是以該處材料特性的均勻性為前提的，即強(qiáng)化系數(shù)或者應(yīng)變硬化指數(shù)均是定值，并且單獨(dú)對焊縫進(jìn)行拉伸時(shí)，由于該處的寬度較小，會造成不易切割的困難。然而，通過顯微硬度試驗(yàn)得知該區(qū)域的力學(xué)性能參數(shù)并非均勻分布，因此根據(jù)“混合法”或者單獨(dú)對其單向拉伸獲取的焊縫力學(xué)參數(shù)與實(shí)際情況會有較大的偏差，最后也會影響所研究問題(比如拼焊板結(jié)構(gòu)零件沖壓或者碰撞)的有限元模型的精確性，不能滿足實(shí)際工程的需求。基于此問題，在實(shí)際工程中，對焊接結(jié)構(gòu)比如拼焊板進(jìn)行各種有限元數(shù)值仿真時(shí)焊縫區(qū)域的材料力學(xué)特性參數(shù)的精確獲取就顯得尤為重要。

從以上描述中可以推測出目前對焊縫區(qū)域的參數(shù)獲取主要集中在其宏觀彈塑性力學(xué)行為的表征和測試上。由于焊縫區(qū)域處本身微觀組織結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，對于鋼鐵金屬而言，焊縫中間處金相組織包括馬氏體和貝氏體，而熱影響區(qū)有著混合金相組織，既有馬氏體、貝氏體，又有鐵素體和珠光體，這些不同的金相組織導(dǎo)致了焊縫處不同的材料特性，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)此處的力學(xué)參數(shù)會呈現(xiàn)非均勻性分布，即焊縫、熱影響區(qū)處會有著梯度變化的參數(shù)特征，所以僅通過簡單的拉伸或者壓縮試驗(yàn)很難確定焊縫區(qū)域處的具體力學(xué)參數(shù)，并且該處的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系很難通過常規(guī)方法得到，故不能根據(jù)曲線擬合的思路對其進(jìn)行參數(shù)反求。

材料的硬度主要反映了材料抵抗局部塑性變形的能力，并不是材料某個(gè)力學(xué)參數(shù)的單獨(dú)表現(xiàn)。硬度壓痕試驗(yàn)(indentation?test)為我們提供了測定和評價(jià)毫米級、微米級甚至納米級表征尺寸的材料強(qiáng)度特性，它是一種簡單、高效的評價(jià)材料尤其是金屬或其某點(diǎn)周圍表面的力學(xué)性能的手段。隨著各種表面處理技術(shù)的迅速發(fā)展，通過壓痕試驗(yàn)來測定微小尺度材料的力學(xué)參數(shù)成為研究的一大熱點(diǎn)。在以往的通過壓痕試驗(yàn)來獲取材料參數(shù)的研究工作中，不管是針對傳統(tǒng)金屬材料還是像泡沫金屬這樣的新型材料，都是建立在這些材料參數(shù)均勻分布的基礎(chǔ)上的，通過壓痕試驗(yàn)識別檢測像焊縫區(qū)域這種材料特性具有連續(xù)性和不均勻性特點(diǎn)的工程結(jié)構(gòu)的材料參數(shù)文獻(xiàn)中鮮有報(bào)道。鑒于此思路，通過壓痕試驗(yàn)得到的載荷深度曲線來反求檢測焊縫不同區(qū)域處的材料參數(shù)成為一種有效的途徑。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于：針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種原理簡單、操作方便、能夠測定毫米甚至微米尺寸范圍內(nèi)材料的局部連續(xù)性能的識別焊縫不同區(qū)域材料靜態(tài)力學(xué)性能參數(shù)的檢測方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種識別焊縫不同區(qū)域材料靜態(tài)力學(xué)性能參數(shù)的檢測方法，其特征在于，步驟為：

(1)制備焊縫壓痕試驗(yàn)試件：將試樣進(jìn)行切割、對表面進(jìn)行打磨、拋光以制成標(biāo)準(zhǔn)試樣；

(2)對于步驟(1)所制備的試樣，在垂直焊縫方向上的整個(gè)焊縫區(qū)域內(nèi)選取若干個(gè)點(diǎn)進(jìn)行硬度試驗(yàn)，根據(jù)測得的硬度值進(jìn)行分區(qū)；

(3)在所分區(qū)域進(jìn)行壓痕試驗(yàn)，得到不同區(qū)域的載荷-深度曲線；

(4)建立并驗(yàn)證壓痕試驗(yàn)有限元模型：采用有限元商業(yè)軟件Abaqus并根據(jù)壓痕試驗(yàn)的物理過程建立壓痕試驗(yàn)有限元模型，該模型是否準(zhǔn)確直接影響到求解結(jié)果的精度，故必須對壓痕試驗(yàn)有限元模型的精度進(jìn)行驗(yàn)證；首先對均勻母材進(jìn)行拉伸試驗(yàn)以得到其應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，并通過壓痕試驗(yàn)得到試驗(yàn)載荷-深度曲線；然后，將得到的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系作為已知參數(shù)輸入到壓痕試驗(yàn)有限元數(shù)值模型中得到仿真載荷-深度曲線；將仿真載荷-深度曲線與試驗(yàn)載荷-深度曲線進(jìn)行對比以驗(yàn)證壓痕試驗(yàn)有限元模型的正確性；