[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

本發明公開了一種焊縫特征區域變形損傷演化規律實驗方法，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；設計包含焊縫全壁厚的拉伸試樣結構；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；對拉伸試樣結構的焊縫進行打磨及腐蝕處理；對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；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。本發明為焊縫的安全評價和安全防護奠定基礎。

技術領域

本發明屬于焊縫力學性能分布測試技術領域，具體涉及一種焊縫特征區域變形損傷演化規律實驗方法。

背景技術

油氣管道作為現代社會能源供應的主要方式，其安全性對能源的輸送和存儲有著至關重要的影響。油氣管道失效事故往往導致重大的經濟損失、人員傷亡、環境污染等諸多問題，因此油氣管道的服役安全越來越受到運營商的重視。焊縫作為油氣管道的薄弱環節，其力學性能對管道安全服役有著重要影響。隨著焊縫引發的安全事故越來越多，人們對焊縫力學行為的研究也越來越深入。無論從安全評價的角度還是從安全防護的角度，掌握焊縫的變形及失效機理有著重要的意義。

焊縫在焊接過程中，由于不同焊層的焊條材料、焊接工藝、焊接電流等參數影響，最終成型的焊縫在不同區域的力學性能呈現出較大的差異。由于各區域較小，試樣加工比較困難，因此焊縫微區拉伸力學性能差異的表征技術也成為實際工程研究中的一大難題。目前相關標準均是將焊縫作為整體結構進行研究，得到的是焊縫的宏觀力學性能，無法區分焊縫不同特征區域對焊縫變形及失效的貢獻。在研究焊縫失效機理時，大部分理論和有限元模擬也是將焊縫假定為均勻材料，來研究焊縫宏觀的失效過程，這種方法是不準確的，因為焊縫不同區域的力學性能差異較大，必然導致焊縫變形和失效過程與勻質材料有較大的差別。因此目前急需一種實驗手段來研究焊縫承載過程中不同特征區域的變形差異及失效機理。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種焊縫特征區域變形損傷演化規律實驗方法，利用焊縫橫向和縱向幾何形狀特征，設計了一種全壁厚試樣形狀及切割方法。同時結合金屬腐蝕顯象技術、準靜態拉伸技術及DIC技術，通過變形原位觀察技術對焊縫特征區域在受拉伸載荷時的變形分布及失效過程進行表征，整體描繪焊縫薄弱區域的位置及變形失效的動態過程，為管道焊縫的失效機理研究提供實驗基礎，為焊縫的安全評價及安全防護提供試驗依據。

本發明采用以下技術方案：

一種焊縫特征區域變形損傷演化規律實驗方法，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；

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。

具體的，步驟S2中，焊縫試樣結構包括焊縫區域，焊縫區域為倒圓臺型結構，設置在第一母材和第二母材之間，焊縫區域與第一母材之間設置有第一熱影響區，焊縫區域與第二母材之間設置有第二熱影響區，焊縫區域上至下依次為焊縫蓋面層、焊縫填充層和根焊層。