试片、中间件、焊前试验试件及其制备方法与流程

本发明属于激光焊领域，尤其涉及一种试片、中间件、焊前试验试件及其制备方法。

背景技术：

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

轨道车辆激光焊接不锈钢侧墙的激光焊采用非全熔透搭接形式，开工前须进行日常焊前试验，每种激光焊搭接接头的日常试验包括一组宏观金相试验和一组剪切拉伸试验。其中，金相试验指的是一种试验方式，目的是金属材料的物理性能和机械性能与其内部之组织相关联，因此，可以借着金相试验的宏观组织及微观组织的观察判断其的各项性能。剪切拉伸试验指的是验测量纵横剪切性能(比如：模量和强度)的方法。

通常，制备日常激光焊焊前试验所需的宏观金相试件和剪切拉伸试件的试片的结构和大小都相同，而且是批量生产。日常激光焊焊前试验所需试件，一般不会采用两种大小不等或结构不同的试片进行制备，其原因是两种大小不等不同或结构不同的试片的本身制备工艺相对于一种试片制备工艺复杂，耗费大量人力和物力。以往的日常激光焊焊前试验，通常可采用两种方案：

方案一是采用两片完全相同的试片(比如：矩形片)搭接后进行激光焊接形成一条焊缝，并沿试片两侧垂直于焊缝的方向分别对焊缝进行切割，以形成剪切拉伸标准试件以及宏观金相试件。发明人发现，方案一存在的问题是：由于试片上无切割标记且两侧长度较长，在沿试片两侧长度方向分别对焊缝进行切割的过程耗时多且容易出现切偏现象，进而无法获取完整的剪切拉伸标准试件，影响剪切拉伸试件的试验精度；甚至当切偏程度较大时，无法满足剪切拉伸的要求，必须重新制备日常激光焊前试验所需试件，进而大大降低了日常激光焊前试验所需试件的制备效率。

方案二是分别制作宏观金相试件和剪切拉伸试件，这样在试件制作的过程中，将有效焊缝控制在剪切拉伸试验标准要求的有效焊缝长度。焊后不对拉伸试件进行加工，直接进行剪切拉伸试验。但是，发明人发现，方案二存在的问题是：有效焊缝的长度通常不精确，严重影响剪切拉伸试验结果的准确性，并且该方案每次需要消耗四个试片，浪费大量试片。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明的第一方面提供一种试片，其能够快速准确地获取完整的剪切拉伸试验试件，降低剪切拉伸试验试件的切偏风险，同时能够获取金相试验试件。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种试片，包括：

片状主体；

片状主体向一侧向外延伸形成的至少一个第一延伸片；

片状主体向另一侧向外延伸形成的至少一个第二延伸片；

其中，至少一个第一延伸片与另一个第二延伸片一一对应且相对设置而形成延伸片对；

延伸片对及片状主体上均设有制备激光焊缝的工作区。

为了解决上述问题，本发明的第二个方面提供一种中间件，其由若干个试片平行交错设置且工作区重叠，而且重叠的工作区上设有激光焊缝，激光焊缝的两个端点的最远边界为延伸片对的工作区最外侧边界，为激光焊前试验试件的制备提供基础，而且进一步对中间件处理后，能够快速准确地获取剪切拉伸试验试件，提高试验效率，还能获取金相试验试件，提高了激光焊前试验试件的制备效率。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种中间件，包括：

至少两个上述所述的试片；

这些试片平行交错设置且工作区重叠，重叠的工作区上设置有激光焊缝，激光焊缝的两个端点的最远边界为延伸片对的工作区最外侧边界。

为了解决上述问题，本发明的第三个方面提供一种中间件的制备方法，其一方面能够快速准确地获取剪切拉伸试验试件，提高试验效率，另一方面还能获取金相试验试件，提高了激光焊前试验试件的制备效率。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种中间件的制备方法，包括：

将至少两个上述所述的试片平行交错搭接，使得这些试片的片状主体和其中一延伸片对的工作区重叠；

在重叠工作区内进行一次激光焊接并形成一条焊缝，使得焊缝一端位于延伸片对中的第一延伸片上，另一端位于延伸片对的第二延伸片上，形成制备焊前试验试件的中间件。

为了解决上述问题，本发明的第四个方面提供一种焊前试验试件的制备方法，其能够快速准确地获取剪切拉伸试验试件，提高试验效率，还能获取金相试验试件，提高了激光焊前试验试件的制备效率。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种焊前试验试件的制备方法，包括：

采用上述所述的中间件的制备方法来制备中间件；

对于中间件，沿片状主体分别与所有第一延伸片和第二延伸片的交界线进行切割；

切割后得到片状主体搭接件、具有焊缝的第一延伸片搭接件和具有焊缝的第二延伸片搭接件；

选取片状主体搭接件作为剪切拉伸试验试件，选取具有焊缝的第一延伸片搭接件和具有焊缝的第二延伸片搭接件中任一者作为金相试验试件。

为了解决上述问题，本发明的第五个方面提供一种焊前试验试件，其完整性高且获取速度快。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种采用如上述所述的焊前试验试件的制备方法制备的焊前试验试件，用于剪切拉伸试验；所述焊前试验试件包括焊缝及相对设置且搭接在一起的至少两个完全相同片状主体，焊缝设在相应工作区内并延伸至片状主体两侧边缘。

一种采用如上述所述的焊前试验试件的制备方法制备的焊前试验试件，用于金相试验；所述焊前试验试件包括焊缝及相对设置且搭接在一起的至少两个完全相同的第一延伸片或第二延伸片，焊缝设在相应工作区内。

本发明的有益效果是：

(1)本发明的试片的片状主体向两侧向外延伸形成的至少一个第一延伸片和第二延伸片结构，减少了切割的相对长度，降低了制备剪切拉伸试验试件的过程中出现切偏的风险，能够快速准确地获取完整的剪切拉伸试验试件；而且第一延伸片与另一个第二延伸片一一对应且相对设置而形成延伸片对，这样在能够获得剪切拉伸试验试件的同时，还能够获取金相试验试件，提高激光焊接试验所需试件的制备效率。

(2)本发明的中间件由若干个试片平行交错设置且工作区重叠，利用试片的片状主体向两侧向外延伸形成的多个第一延伸片和第二延伸片结构，减少了切割的相对长度，降低了制备剪切拉伸试验试件的过程中出现切偏的风险，能够快速准确地获取完整的剪切拉伸试验试件；在重叠的工作区上设有激光焊缝，激光焊缝的两个端点的最远边界为延伸片对的工作区最外侧边界，这样能够同时获取完整剪切拉伸试验试件和金相试验试件，提高了激光焊前试验试件的制备效率。

(3)本发明的焊前试验试件利用中间件来制备，沿片状主体分别与所有第一延伸片和第二延伸片的交界线进行切割，减少了切割的相对长度，降低了切偏风险，提高了剪切拉伸试验试件的完整性，进而提供了相应试验精度；同时还选取具有焊缝的第一延伸片搭接件和具有焊缝的第二延伸片搭接件中任一者作为金相试验试件，实现了同时获取剪切拉伸试验和金相试验的试件，提高了试件获取效率。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明实施例的矩形试片两个侧边对齐搭接情况；

图2是本发明实施例的矩形试片两个侧边不对齐搭接情况；

图3是本发明实施例一中的t型结构试片示意图；

图4是本发明实施例一中的十字型结构试片示意图；

图5是本发明实施例二的试片结构示意图；

图6是本发明实施例三的一种试片结构示意图；

图7是本发明实施例四的一种试片结构示意图；

图8是本发明实施例的中间件的结构示意图；

图9是本发明实施例的中间件制备方法流程图；

图10是本发明实施例焊前试验试件制备方法流程图。

其中，1-片状主体；2-第一延伸片；3-第二延伸片；4-第一凹槽；5-第二凹槽；6-焊缝。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

在本发明背景技术中提及到的目前制备日常激光焊前试验所需的宏观金相试件和剪切拉伸试件的方法是采用至少两片完全相同的试片搭接情况，以两个矩形试片为例，搭接可能出现为如图1和图2所示的两种情况。在图1中，两个矩形试片的两个侧边对齐搭接，这种情况由于试片上无切割标记且两个垂直方向侧边的长度较长，在沿试片的两个垂直方向侧边分别对焊缝进行切割的过程耗时多且容易出现切偏现象，进而无法获取完整的剪切拉伸标准试件，影响剪切拉伸试件的试验精度；甚至当切偏程度较大时，无法满足剪切拉伸的要求，必须重新制备日常激光焊前试验所需试件，进而降低了日常激光焊前试验所需试件的制备效率。

在图2中，两个矩形试片的两个侧边不对齐搭接，这种情况由于需要同时获取剪切拉伸试验试件和金相试验试件，而这两种试件是对搭接区(也就是两个矩形试片重叠区域)上的焊缝切割而形成，并不能沿两个搭接区边界金相切割，其原因是焊缝不能包裹搭接区的边界，因此，不满足剪切拉伸试验的标准。另外还为了能够同时获取金相试验试件，需要在搭接区内部沿矩形试片两个垂直方向侧边进行切割，经分析，同样会出现图1中出现的“对焊缝进行切割的过程耗时多且容易出现切偏现象，进而无法获取完整的剪切拉伸标准试件，影响剪切拉伸试件的试验精度；甚至当切偏程度较大时，无法满足剪切拉伸的要求，必须重新制备日常激光焊前试验所需试件，进而降低了日常激光焊前试验所需试件的制备效率”的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种试片、中间件、焊前试验试件及其制备方法，下面结合附图来详细说明本发明的技术方案具体实施过程。

实施例一

如图3所示，本实施例的试片包括片状主体1、一个第一延伸片2和一个第二延伸片3。其中，第一延伸片2和第二延伸片3沿片状主体1两侧分别向外延伸而成，一一对应且相对设置而形成延伸片对。在本实施例中，所述片状主体1与第一延伸片2和第二延伸片3形成t型结构。

在本实施例中，片状主体上的工作区未覆盖片状主体全部区域。延伸片对的工作区最外侧边界为制备的激光焊缝的两个端点的最远边界。

本实施例的试片整体呈t型结构，减少了切割的相对长度，能够降低制备剪切拉伸试验试件的过程中出现切偏的风险，快速准确地获取完整的剪切拉伸试验试件；另外，在延伸片对及片状主体上的工作区上容易制备两端分别位于第一延伸片和第二延伸片的焊缝，这样使得片状主体上的焊缝都延伸至两侧边缘，能够满足剪切拉伸试验要求，而且还能够获取金相试验的试件。

另外，所述片状主体1与第一延伸片2和第二延伸片3也可形成十字型结构，如图4所示。十字型结构的试片同样能够达到t型结构试片所达到的快速准确地获取完整的剪切拉伸试验试件及满足剪切拉伸试验要求，同时获取金相试验的试件的效果。

由于l型试片只具有一个延伸片，那么在工作区上进行焊接的过程中，一方面垂直边侧的焊缝不能包边，不能达到剪切拉伸试验的标准，因此，还是需要对垂直边侧进行切割，这样同样会出现背景技术中提及到的由于长度较长而导致切割速度慢且可能切偏的问题。

在本实施例中，试片沿中心轴对称。其中，片状主体为矩形或其他标准形状。当试片沿中心轴对称时，所述第一延伸片和第二延伸片的形状及大小完全相同。本实施例将试片制成沿中心轴对称的结构，能够方便试片搭接。

需要说明的是，试片也可为非对称结构。其中，第一延伸片和第二延伸片的高度相等，第一延伸片和第二延伸片分别沿片状主体向两侧延伸的长度不同。这样能够利用第一延伸片和第二延伸片的高度相等的结构，有利于试片搭接。

可以理解的是，第一延伸片和第二延伸片的形状为方形、矩形或弧形结构等，而且当第一延伸片和第二延伸片为方形或矩形时，其边角为直角，也可为为圆角边。

实施例二

本实施例在实施例一的基础上，在第一延伸片与片状主体交界线处设有第一凹槽。需要说明的是，第一凹槽的数量为1个或2个。如图5所示，第一延伸片2与片状主体1交界线设置两个第一凹槽4。

在本实施例中，第一凹槽采用对不带有凹槽结构的不锈钢片进行切割加工成型。

可以理解的是，本领域技术人员也可采用其他方式获得第一凹槽，比如：第一凹槽为预制凹槽，可采用带有凹槽结构的模具，通过灌注预设不锈钢材料浇筑而成。

本实施例通过在试片上设置凹槽结构，起到切割定位的作用，有利于焊接后的试片切割，通过凹槽结构，进一步降低了有效切割长度，这样避免试片切偏，更容易得到标准件，提高剪切拉伸试验的精度，而且还降低了切割作业时间。

实施例三

本实施例在实施例一的基础上，在第二延伸片与片状主体交界线处设有第二凹槽。需要说明的是，第二凹槽的数量为1个或2个。如图6所示，第二延伸片3与片状主体1交界线设置两个第二凹槽5。

在本实施例中，第二凹槽采用对不带有凹槽结构的不锈钢片进行切割加工成型。

可以理解的是，本领域技术人员也可采用其他方式获得第二凹槽，比如：第二凹槽为预制凹槽，可采用带有凹槽结构的模具，通过灌注预设不锈钢材料浇筑而成。

本实施例通过在试片上设置凹槽结构，起到切割定位的作用，有利于焊接后的试片切割，通过凹槽结构，进一步降低了有效切割长度，这样避免试片切偏，更容易得到标准件，提高剪切拉伸试验的精度，而且还降低了切割作业时间。

实施例四

本实施例在实施例一的基础上，第一延伸片与片状主体交界线处设有第一凹槽，第二延伸片与片状主体交界线处设有第二凹槽。

需要说明的是，第一凹槽的数量为1个或2个，第二凹槽的数量为1个或2个。如图7所示，本实施例的第一延伸片2与片状主体1交界线的两端均设有第一凹槽4，且第二延伸片3与片状主体1交界线的两端均设有第二凹槽5。

在本实施例中，第一凹槽和第二凹槽均采用对不带有凹槽结构的不锈钢片进行切割加工成型。

可以理解的是，本领域技术人员也可采用其他方式获得第一凹槽和第二凹槽，比如：预制第一凹槽和第二凹槽，通过灌注预设不锈钢材料浇筑而成。

在本实施例中，第一凹槽和第二凹槽的宽度及长度均相等。这样在试片搭接的过程中，通过四个凹槽重合，使得试片搭接的速度更快，而且通过凹槽结构，进一步降低了有效切割长度，更容易对延伸片进行切割，提升了切割质量，获取剪切拉伸试验试件的完整性也就越高，同时还降低了切割作业时间，能够提高金相试验和剪切拉伸试验试件的获取效率。

需要说明的是，在其他实施例中，第一凹槽和第二凹槽的宽度及长度均可不相等，这样并不影响试片搭接以及对所述重叠区域一次激光焊接来同时获取金相试验和剪切拉伸试验试件的效果。

为了快速准确地获取剪切拉伸试验标准试件，片状主体的宽度与剪切拉伸试验机所适用的标准试件相匹配。例如：片状主体的宽度为30mm。

一个试片的片状主体除了工作区(也就是和其他试片的重叠区域)之外，还包括非重叠部分。非重叠部分的长度也有一定的范围且与剪切拉伸试验机相匹配，比如为40～50mm。若试片的片状主体非重叠部分的长度太长，超出了剪切拉伸试验机行程，需要进一步切割，这样会降低焊前试验试件制作效率；若试片的片状主体非重叠部分的长度太短，这样可能会夹住剪切拉伸试验机操作人员的手，威胁剪切拉伸试验机操作人员的安全。

可以理解的是，片状主体的宽度以及非重叠部分的长度均与剪切拉伸试验机相匹配，本领域技术人员可根据实际情况来具体设置相应参数。

实施例五

本实施例在实施例一的基础上，第一延伸片和第二延伸片与片状主体的交界线处设置为易折区。比如在交界线上设置有若干小孔的方式等。这样能够加快第一延伸片和第二延伸片与片状主体的分离时间，而且还能够避免由于采用切割方式而出现切偏的问题，能够提高获取拉伸试验试件的完整性，保障试验的精度。

实施例六

本实施例与实施例一～实施例五的不同的是，本实施例的试片除了包括一对延伸片之外，还包括另外一个或多个第一延伸片。

实施例七

本实施例与实施例一～实施例五的不同的是，本实施例的试片除了包括一对延伸片之外，还包括另外一个或多个第二延伸片。

实施例八

本实施例与实施例一～实施例五的不同的是，本实施例的试片除了包括一对延伸片之外，还同时包括一个或多个第一延伸片和第二延伸片。除了一对延伸片之外的第一延伸片的数量和第二延伸片的数量可相等，也可不相等。

当第一延伸片的数量和第二延伸片的数量相等时，这些第一延伸片和第二延伸片的位置均可一一对应设置且形成延伸片对，也可位置不相对设置，比如交错设置等。

实施例九

本实施例提供了一种中间件，其包括至少两个如上述实施例所述的试片；

这些试片平行交错设置且工作区重叠，重叠的工作区上设置有激光焊缝，激光焊缝的两个端点的最远边界为延伸片对的工作区最外侧边界。

下面以两个实施例四所述的试片为例，中间件的结构如图8所示。

在图8中，两个试片平行交错设置且工作区重叠，利用试片的片状主体向两侧向外延伸形成的第一延伸片和第二延伸片结构，减少了切割的相对长度，降低了制备剪切拉伸试验试件的过程中出现切偏的风险，能够快速准确地获取完整的剪切拉伸试验试件。

重叠的工作区通过一次激光焊接形成一条焊缝6，使得焊缝6一端位于第一延伸片2上，另一端位于第二延伸片3上。这样能够同时获取完整剪切拉伸试验试件和金相试验试件，提高了激光焊前试验试件的制备效率。在具体实施中，一次激光焊接的条件(比如：功率密度、激光脉冲波形、激光脉冲宽度、焊接速度等)与实际激光焊的条件完全相同。

实施例十

如图9所示，如实施例九所述的中间件，其制备方法流程为：

将至少两个如上述实施例所述的试片平行交错搭接，使得这些试片的片状主体和其中一延伸片对的工作区重叠；

在重叠工作区内进行一次激光焊接并形成一条焊缝，使得焊缝一端位于延伸片对中的第一延伸片上，另一端位于延伸片对的第二延伸片上，形成制备焊前试验试件的中间件。

在具体实施中，当所述试片沿中心轴对称时，在至少两个试片搭接时，将至少两个所述试片的第一延伸片和第二延伸片均对应完全重叠，这样使得试片搭接的速度更快且准确，提高了制备的效率。

实施例十一

如图10所示，本实施例基于实施例九所述的中间件进行制备焊前试验试件的过程为：

步骤1：采用如上述所述的中间件的制备方法来制备中间件。

步骤2：对于中间件，沿片状主体分别与所有第一延伸片和第二延伸片的交界线进行切割。

在具体实施中，可采用砂轮磨片来切割。当第一延伸片与片状主体交界线的两端均设有第一凹槽，且第二延伸片与片状主体交界线的两端均设有第二凹槽时，焊后使用砂轮磨片沿凹槽进行切割，由于切割距离相对减少，这样降低了切割出现偏差的问题，提高了制备的剪切拉伸试验试件的完整性，提高了剪切拉伸试验试件的精度，同时缩短了切割时间。

步骤3：切割后得到片状主体搭接件、具有焊缝的第一延伸片搭接件和具有焊缝的第二延伸片搭接件；

步骤4：选取片状主体搭接件作为剪切拉伸试验试件，选取具有焊缝的第一延伸片搭接件和具有焊缝的第二延伸片搭接件中任一者作为金相试验试件。

本实施例通过上述焊前试验试件制作方法能够同时获取金相试验和剪切拉伸试验的试件，而且剪切拉伸试样更容易符合标准试样要求，制备效率高。

实施例十二

本实施例采用上述所述的焊前试验试件的制作方法制作的焊前试验试件，用于剪切拉伸试验；所述焊前试验试件包括焊缝及相对设置且搭接在一起的至少两个完全相同片状主体，焊缝设在相应工作区内并延伸至片状主体两侧边缘。其中，本实施例焊前试验试件是用于剪切拉伸试验，能够得到焊缝的屈服强度、抗拉强度、伸长率和断面收缩率等纵横剪切性能。剪切拉伸试验的过程可按照国家标准比如：gb6397-86《金属拉伸试验试样》进行相应试验。本实施例的焊缝能够达到片状主体两侧边缘，符合剪切拉伸试验要求，能够保证试验精度。

实施例十三

本实施例采用上述所述的焊前试验试件的制作方法制作的焊前试验试件，用于金相试验；所述焊前试验试件包括焊缝及相对设置且搭接在一起的至少两个完全相同的第一延伸片或第二延伸片，焊缝设在相应工作区内。其中，本实施例焊前试验试件是用于金相试验，能够研究焊缝金属表面了解其物理或化学之“不均一性”，包括裂纹、空隙等，并以此可做材料断面之“不均一性”即内部缺陷之检查。金相试验可采用金相显微镜来实现，其中，金相试验之前对试件进行研磨、抛光和腐蚀，以使得金属组织能够在相显微镜下清晰显出。金相显微镜的操作按仪器说明书规定进行即可。本实施例采用上述所述的焊前试验试件的制备方法制作，能够同时获得用于剪切拉伸试验和用于金相试验的试件，提高了激光焊焊前试验试件的制备效率。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。