一種金屬焊接試片低溫力學性能光學測試方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于結構低溫力學性能測試分析技術領域,具體涉及一種金屬焊接試片低 溫力學性能光學測試方法。
【背景技術】
[0002] 低溫技術在航天領域用途廣泛,航天器構件在空天環境可能經受真空、低溫,要求 結構在低溫條件下具有高強度并保持良好的初性和低的熱性能參數,同時又需要輕質等物 理特性。國內外航天低溫結構器件主要應用的結構材料有鐵基合金、鉛基合金、鐵媒基及媒 基低溫合金、金屬基復合材料等。在送些材料當中,尤其W鉛合金在零下25(TC~25(TC的 溫度范圍內,具有良好的加工性能、高的比強度、抗腐蝕性能W及較高的初性,被認為是航 空航天工業中最具應用前景的輕質高強結構材料從而被廣泛的應用于液體火箭推進器膽 箱W儲存液體燃料。在航天器膽箱的制造過程中,由于尺寸較大、形狀為筒狀,其成型、筒段 拼接多采用焊接技術。焊接結構的強度薄弱環節一般在焊縫,因此研究金屬焊接結構在低 溫環境下的力學性能具有重要意義。
[0003] 目前,一些學者針對鉛合金和其他金屬焊接結構進行了大量的試驗研究。送些研 究方法主要針對常溫環境下鉛合金焊接結構的力學性能W及低溫環境下焊接頭整體低溫 力學性能。由于在低溫下鉛合金焊接結構不同區域的力學性能存在較大區別,因此現有技 術沒有針對低溫環境下焊接結構不同區域的力學性能研究。
[0004] 雖然光學測試方法具有全場測量的優點,但是在低溫環境下應用光學測試方法對 焊接結構的研究較少。并且由于鉛合金焊接結構性能評定標準還不完善,低溫試驗條件和 技術的限制,存在低溫環境下的光學測試存在焊接試片結霜、存在折射誤差等技術問題,目 前現有技術中未見對于金屬低溫性能光學測試分析方法的研究,因此需要提供一種低溫環 境下進行金屬焊接結構力學性能的測試方法。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是解決采用現有金屬焊接結構力學性能測試方法不適用于低溫和 超低溫環境的技術問題,提供一種金屬焊接試片低溫力學性能光學測試方法。
[0006] 本發明的技術方案為:一種金屬焊接試片低溫力學性能光學測試方法,依次包括 如下步驟:
[0007] 步驟1.制作焊接試片,將兩種待測金屬材料薄片對焊形成啞鈴狀的標準拉伸試 片,將焊接試片分為焊接區、熱影響區和母材區;將焊接試片上表面噴白色底漆,然后再噴 撒黑色漆形成散斑圖;
[0008] 步驟2.將焊接試片一端固定,向另一端沿焊接試片軸線方向施加載荷,然后將焊 接試片置于低溫環境下;所述低溫環境由液氮或其他液態介質提供,焊接試片的下部位于 液態介質內,上表面露出液面;
[0009] 步驟3.在距離焊接試片上方安裝數字相機,數字相機通過數據線連接到數據采 集系統;
[0010] 步驟4.在不施加載荷的情況下,通過數字相機記錄焊接試片的散斑圖像;然后施 加載荷,通過數字相機記錄焊接試片的散斑圖像;
[0011] 步驟5.按照步驟1中定義的Η個區域,通過步驟4獲得的焊接試片在施加載荷前 后的散斑圖像,分別計算Η個區域各自的應變值;并通過焊接試片軸線上關于焊縫中必對 稱且位于母材區的兩點計算得到焊接試片的整體應變值;
[0012] 步驟6.根據步驟5得到的焊接試片各區域應變值和整體應變值計算各區域和焊 接試片整體的工程應力、測試應力、強度極限和伸長率,得到烙焊焊接試片的力學性能參 數。
[0013] 所述光學測試方法還包括步驟7.對步驟5得到的焊接試片各區域應變值和步驟6 得到的焊接試片各區域力學性能參數進行結合分析,得到焊接結構不同區域的力學性能差 異。
[0014] 所述光學測試方法還包括步驟8.按照步驟1制作不同焊接方式的焊接試片,然后 重復步驟2至步驟6,得到不同焊接試片的力學性能參數并進行比較,得到不同焊接方式的 焊接結構的力學性能差異。
[0015] 所述光學測試方法還包括步驟9.按照步驟1制作金屬不同熱處理方式的焊接試 片,然后重復步驟2至步驟6,得到不同焊接試片的力學性能參數并進行比較,得到金屬不 同熱處理方式的焊接結構的力學性能差異。
[0016] 所述光學測試方法還包括步驟10.按照步驟1制作不同金屬的焊接試片,然后重 復步驟2至步驟6,得到不同焊接試片的力學性能參數并進行比較,得到不同金屬焊接結構 的力學性能差異。
[0017] 所述金屬焊接試片為鉛合金焊接試片。
[001引所述焊接試片的熱影響區為兩條烙合線至烙合線外2~8mm的區域,優選為5mm。
[0019] 所述步驟3中數字相機的光軸垂直于被測表面。
[0020] 本發明的有益效果;本發明的測試方法可W適用于鉛合金和其他類型的金屬,不 同焊接方式形成的焊接結構在超低溫環境下力學性能的測試。與現有技術相比,本實施例 的金屬焊接試片低溫和超低溫力學性能測試方法將金屬焊接試片分為不同區域,提高了測 量的準確度;同時通過將焊接試片部分放置于液氮中形成氮氣氣封避免了焊接試片結霜, 解決了光學測試方法不能用于低溫環境下力學性能測試的技術問題。同時本方法還具有操 作簡便,測量精度高等優點。
【附圖說明】
[0021] 圖1是本發明的焊接試片的結構示意圖;
[0022] 圖2是本發明的焊接試片的安裝示意圖;
[0023] 圖3是本發明的烙焊焊接試片不同區域的應變值數據;
[0024] 圖4是本發明的攬拌摩擦焊焊接試片不同區域的應變值數據;
[0025] 圖5為本發明攬拌摩擦焊焊接試片的熱影響區為不同測量長度時測試數據對比;
[0026] 圖6為本發明烙焊焊接試片的熱影響區為不同測量長度時測試數據對比;
[0027] 圖中;1.焊接試片,1-1焊縫區,1-2.熱影響區,1-3.母材區,2.夾具,3.鋼絲繩, 4.液氮,5.氮氣,6.定滑輪,7.數字相機,8.數據采集設備。
【具體實施方式】
[0028] 下面結合附圖和具體實施例對本發明的技術方案進行詳細描述:
[0029] 實施例1
[0030] -種金屬焊接試片低溫力學性能測試方法,依次包括如下步驟:
[0031] 步驟1.制作焊接試片1,將兩種待測金屬材料薄片對焊形成啞鈴狀的標準拉伸試 片,將焊接試片1分為焊接區、熱影響區1-2和母材區1-3 ;為便于測試識別,首先將焊接試 片1上表面噴白色底漆,然后再噴撒黑色漆形成散斑圖,用于標識試片的不同位置;
[0032] 步驟2.將焊接試片1 一端固定,向另一端沿焊接試片1軸線方向施加載荷,然后 將焊接試片1置于超低溫環境下;低溫環境由液氮介質或其他能提供低溫環境的液態介質 提供,焊接試片1的下部位于液態介質內,上表面露出液面,上表面為被側表面,由于焊接 試片1上部氣體為液態介質蒸發后的低溫氣體,該氣體可W形成純度很高的該氣體環境, 排除空氣及其中的水蒸氣,防止焊接試片1表面結霜;
[0033] 步驟3.在距離焊接試片1上方安裝數字相機,數字相機的光軸垂直于被測表面, 數字相機通過數據線連接到數據采集系統;由于溫度梯度理論方向為豎直方向,數字相機 的光軸同樣為豎直方向,因此基本避免了光線傳輸時由于溫度梯度引起的折射誤差;
[0034] 步驟4.在不施