[發明專利]金屬材料HAZ試驗的快速冷卻方法及配套的試驗工裝

無效

• 申請號: 201110435306.6
• 申請日: 2011-12-22
• 公開（公告）號: CN102680308A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 周旭東;劉香茹;李慧娟;崔紅玲;呂世杰
• 申請（專利權）人: 河南科技大學
• 主分類號: G01N1/42
• 分類號: G01N1/42;G01N3/60
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 胡偉華

技術領域

本發明屬于金屬材料的熱力物理模擬試驗技術領域，準確的說是涉及一種在對金屬材料進行焊接熱影響區HAZ(Heat?affected?zone)試驗中對金屬試樣進行快速冷卻的冷卻方法及用于實施該方法的金屬試樣試驗工裝。

背景技術

金屬材料的成形性能和新材料的開發在科學研究和工程應用中具有非常重要的作用。隨著材料科學的迅速發展，低合金鋼、超合金鋼、有色金屬和不同性能的特種合金在工業上得到廣泛的應用，其中，金屬材料的熱加工，特別是焊接是重要的成形連接方法。在對金屬材料進行焊接熱影響區HAZ試驗時，為滿足金屬試樣新的工藝參數要求，需要對高溫金屬試樣進行快速冷卻。我國目前對金屬材料進行熱力物理模擬試驗的設備主要采用的是美國DSI公司生產的Gleeble系列熱力物理模擬試驗機。這種Gleeble系列熱力物理模擬實驗機上用于裝夾金屬試樣的夾持裝置結構如圖1所示，其包括相對間隔設置用于夾持在金屬試樣兩端的左夾具座101和右夾具座102，兩夾具座101、102上分別通過斜面滑動裝配有兩個相對配合用于夾持金屬試樣的夾塊103。現有的快速冷卻方法是在兩夾具座中分別連通恒溫冷卻水，如中國專利公開文件CN2627492Y公開了一種電阻型熱模擬試驗機試驗夾頭裝置，這種冷卻裝置對一般標準HAZ試驗的最大冷卻速度達100℃/s，而如果試驗需要達到更大的冷卻速度，如140℃/s或更高時則難以滿足。中國專利公開文件CN201021918Y公開了一種熱模擬試驗機的試樣急冷裝置，該裝置是在試樣的上下方相對設有冷卻液噴頭，采用垂直于試樣的方向將冷卻液噴射到金屬試樣上實施快速冷卻。由于金屬試樣在高溫下已接近熔點，因而金屬試樣的強度已經非常低，一旦受到垂直噴射的水流很容易則會被高速水流沖斷或沖變形，造成試驗失敗；另一方面這種冷卻液噴頭均設置在金屬試樣的一側，而與冷卻液噴頭相背的金屬試樣背面難以接觸到冷卻水，因而冷卻液與金屬試樣之間的接觸面積較小，造成金屬試樣冷卻速度較慢，而且金屬試樣各部分冷卻速度不同，造成試驗的精度較低。

發明內容

本發明的目的是：提供一種金屬材料的HAZ試驗方法，以解決目前用熱力物理模擬試驗機對金屬材料進行HAZ試驗過程中采用垂直于金屬試樣表面方向噴射冷卻水容易將高溫金屬試樣沖斷的問題。

該金屬材料的HAZ試驗方法的技術方案是：一種金屬材料的HAZ試驗方法，該試驗方法第一步先固定金屬試樣，即將金屬試樣的兩端分別固定在對應夾具座的兩夾塊的夾持面之間；第二步，將金屬試樣加溫到設定溫度；第三步，通過設置于對應夾具座兩夾塊中的冷卻水通道沿平行于金屬試樣表面延伸方向噴射冷卻水，使冷卻水沿金屬試樣表面由金屬試樣的兩端相對流向金屬試樣的中部，從而達到對金屬試樣的快速冷卻。

在所述對應配合的兩夾塊的相對面上分別開設有用于與金屬試樣表面吻合的夾槽，夾槽的內壁面構成夾塊的夾持面，在所述各夾塊的夾持面上分別開設有與夾槽延伸方向平行的出水槽，各出水槽與所述金屬試樣表面配合構成所述的冷卻水出水通道，各出水槽在對應外端面上的開口與金屬試樣表面配合構成所述的冷卻水通道出水孔。

所述的冷卻水先通過對應設置的分水裝置等量均分為四等分后通入各夾塊的冷卻水通道中。

同時，本發明還提供了一種專用于實施上述金屬材料HAZ試驗方法的金屬試樣HAZ試驗工裝，該試驗工裝的技術方案是：一種用于金屬材料HAZ試驗的試驗工裝，該試驗工裝包括相對間隔設置的兩夾具座，兩夾具座中各設有一對相互配合用于夾持在金屬試樣對應端部的夾塊，所述的夾塊具有朝向另一夾具座的外端面及與相鄰夾塊對應配合用于夾持在金屬試樣表面的夾持面，在所述各夾塊中分別開設有冷卻水通道，所述的冷卻水通道具有開設于對應夾塊中的進水通道和用于靠近金屬試樣表面的出水通道，所述出水通道平行于對應夾塊的夾持面并在對應夾塊的外端面上設有朝向另一夾具座的出水孔。

在所述對應配合的兩夾塊的相對面上分別開設有用于與金屬試樣表面吻合的夾槽，夾槽的內壁面構成夾塊的夾持面，在所述各夾塊的夾持面上分別開設有與夾槽延伸方向平行的出水槽，各出水槽與所述金屬試樣表面配合構成所述的冷卻水出水通道，各出水槽在對應外端面上的開口與金屬試樣表面配合構成所述的冷卻水通道出水孔。

所述的夾槽為V形槽，在V形槽的兩槽壁面上分別開設有所述的出水槽，各出水槽圍繞金屬試樣表面均勻分布。

所述的各夾塊采用銅或銅合金制成。

所述冷卻水通道出水孔的截面積沿出水方向逐漸增大。