[發明專利]一種焊縫特征區域變形損傷演化規律實驗方法

有效

• 申請號: 202010785545.3
• 申請日: 2020-08-06
• 公開（公告）號: CN111948002B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發明（設計）人: 聶海亮;馬衛鋒;王珂;曹俊;黨偉;任俊杰;宋恩鵬;羅金恒;趙新偉;霍春勇
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣集團有限公司;中國石油天然氣集團公司管材研究所
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28;G01N1/32;G01N3/02;G01N3/04;G01N3/06;G01N3/08
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 高博

1.一種焊縫特征區域變形損傷演化規律實驗方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、選取試樣加工段，加工段包含整個焊縫以及焊縫兩側所連接的第一母材和第二母材，第一母材和第二母材的長度大于試樣夾持段的長度；

S2、設計包含焊縫全壁厚的拉伸試樣結構；

S3、通過慢走絲線切割沿垂直于焊縫方向的平面從厚度方向對拉伸試樣結構進行切割；

S4、對拉伸試樣結構的焊縫進行打磨及腐蝕處理；

S5、對步驟S4處理后的拉伸試樣結構進行拉伸加載，并對實驗過程中的拉伸試樣結構表面進行變形原位觀察，具體為：

S501、將腐蝕好的拉伸試樣結構夾持在夾具上，拉伸試樣結構的測試段距兩個夾具之間的距離相同且拉伸試樣結構長度方向垂直于水平方向，在拉伸試樣結構的夾持段標記夾具的夾持位置；

S502、使用高速攝像機對拉伸試樣結構被腐蝕的一面進行錄像，拉伸試樣結構的測試段位于高速攝像機畫面的正中央位置，拍攝拉伸試樣結構的照片作為對比；

S503、取下拉伸試樣結構，對拉伸試樣結構被腐蝕的測試段表面噴射均勻分布的散斑；

S504、將拉伸試樣結構重新安裝在相同位置處，對拉伸試樣結構進行準靜態拉伸，同時利用高速攝像機對實驗過程中拉伸試樣結構表面的變形情況進行拍攝，直至試樣測試段發生大變形并破壞；

S505、對拉伸試樣結構變形過程的照片進行處理，得到焊縫受拉伸載荷過程中特征區域的變形隨拉伸時間分布變化歷史，獲得焊縫特征區域損傷的初始位置及演化過程；

S6、分別進行焊縫強弱匹配分析、特征區域應變演化過程分析、焊縫損傷產生與演化過程分析，完成焊縫特征區域變形損傷演化規律實驗；

焊縫強弱匹配分析具體為：

對焊縫橫向拉伸試驗獲得的DIC處理結果進行分析，將獲得的焊縫橫向拉伸實驗過程中試樣測試段表面應變分布圖片隨時間進行排列，將準靜態拉伸試驗機輸出的拉伸載荷-時間數據用數據處理軟件畫成曲線，橫軸為時間，縱軸為拉伸載荷；

觀察結果圖片在不同時刻的應變分布情況，尋找試樣表面出現損傷的照片及對應的時間，若損傷出現在焊縫位置，則焊縫為弱匹配；

若損傷出現在母材位置，則焊縫為強匹配；同時通過拉伸載荷-時間曲線獲得試樣表面出現損傷時對應的拉伸載荷，拉伸載荷除以試樣測試段橫截面積，獲得焊縫薄弱區域的抗拉強度；

特征區域應變演化過程具體為：

對于橫向拉伸試驗，在DIC處理后的照片上，在焊縫蓋面層、填充層、焊跟、兩側熱影響區及兩側的第一母材和第二母材區域分別取一塊區域，導出各區域內應變平均值隨時間的變化曲線，將各個變化曲線繪制在同一張圖中，觀察各區域應變隨時間的變化趨勢，分析不同區域變形速度之間的差異，獲得在不同拉伸變形階段焊縫內部的變形主導區域及不同位置的變形容量差異；

對于縱向拉伸試驗，在DIC處理后的照片上，在焊縫蓋面層、填充層和焊跟分別取一塊區域，導出各區域內應變平均值隨時間的變化曲線，將各個變化曲線繪制在同一張圖中，觀察各區域應變隨時間的變化趨勢，分析不同區域變形速度之間的差異，獲得在不同拉伸變形階段焊縫內部的變形主導區域及不同位置的變形容量差異；

焊縫損傷產生與演化過程具體為：

將DIC處理后的焊縫應變分布圖隨時間進行排列，觀察焊縫應變集中區域隨時間的變化，同時尋找焊縫損傷的初始位置及其擴展路徑。

2.根據權利要求1所述的焊縫特征區域變形損傷演化規律實驗方法，其特征在于，步驟S2中，拉伸試樣結構包括焊縫區域(8)，焊縫區域(8)為倒圓臺型結構，設置在第一母材(1)和第二母材(2)之間，焊縫區域(8)與第一母材(1)之間設置有第一熱影響區(6)，焊縫區域(8)與第二母材(2)之間設置有第二熱影響區(7)，焊縫區域(8)上至下依次為焊縫蓋面層(3)、焊縫填充層(4)和根焊層(5)。

3.根據權利要求2所述的焊縫特征區域變形損傷演化規律實驗方法，其特征在于，焊縫試樣結構包括橫向拉伸試樣，橫向拉伸試樣用于研究焊縫受垂直于焊縫方向的拉伸載荷，為變厚度的板狀結構，橫向拉伸試樣的平面垂直于焊縫區域(8)的焊接方向，長度方向跨越焊縫區域(8)及兩側的第一母材(1)和第二母材(2)。