专利名称：一种测量陶瓷钎焊接头外载荷与焊缝金属变形量关系的方法
技术领域：
本发明涉及一种测量焊接接头外载荷与焊缝金属变形量关系的方法。
背景技术：
先进结构陶瓷作为一种新型的结构材料，以其耐高温、高强度、超硬度、耐磨损、抗腐蚀以及低热导等独特的优异性能，在国防、能源、航空航天、机械、石化、冶金、电子等行业，日益显示出广阔的应用前景，引起各工业发达国家的重视。但陶瓷材料脆性大、延性低、难以变形和切削加工困难。另外，陶瓷材料固有的脆性，可导致极小的临界裂纹，增大了陶瓷构件在制作加工中的难度，妨碍了在工程上的应用。为了扩大陶瓷的应用范围，必须解决陶瓷之间的连接问题。一种表征陶瓷钎焊接头内焊缝金属变形行为的方法
数字图像拟合方法(Digital Image Correlation)主要应用于研究材料在微观领域内的变形，该法不需要对试件表面进行复杂的前期处理，直接利用试样表面的自然纹理、晶粒或人工散斑点作标志。通过采集变形前后的试样表面图像，利用DIC软件中的相关数字算法，通过设置优化的扫描参数进行计算，最后得到变形后试件表面的位移与应变场。目前，活性金属钎焊法由于操作工艺简单、连接强度高、接头尺寸和形状适应性广等优点成为连接陶瓷的首选方法。对陶瓷接头加载过程中，焊缝金属的变形行为与接头连接强度密切相关。然而现有不存在测量陶瓷钎焊接头外载荷与焊缝金属变形量关系方法。
发明内容
本发明的目的是要解决现有不存在测量陶瓷钎焊接头外载荷与焊缝金属变形量关系的问题，而提供一种测量陶瓷钎焊接头外载荷与焊缝金属变形量关系的方法。一种测量陶瓷钎焊接头外载荷与焊缝金属变形量关系的方法，具体是按以下步骤完成首先选择陶瓷钎焊得到的焊板作为待检测件，然后对待检测件进行三点弯曲试验，要求外载荷的加载位置在待检测件焊缝中心正上方，在承载外载荷过程中采用金相显微镜记录焊缝在不同载荷条件下的变形图片，然后利用数字图像拟合方法采用DIC软件分析变形图片，即可得到待检测件焊缝金属在不同负荷条件下的变形量，得到的外载荷与待检测件焊缝金属变形量的关系。本发明优点本发明通过结合三点弯曲试验、金相显微镜和数字图像拟合方法(Digital Image Correlation)成功揭示了焊缝金属的变形与接头连接强度之间存在的本质关系，即负荷与变形量的关系，通过负荷与变形量可知陶瓷钎焊接头内焊缝的性能，进而制定最合理的陶瓷钎焊焊件的使用要求。
图I是试验一三点弯曲试验的示意图，图I中的A表示待检测件，图I中的B表示待检测件上的焊缝，图I中的C表示外载荷；图2是试验一金相显微镜记录的上面焊缝放大500倍金相图片，图2中的A表示上面焊缝，图2中的B表示上面焊缝的DIC软件分析区域；图3是试验一金相显微镜记录的外载荷为偏移量O. 5_上面焊缝放大500倍金相图片，图3中的A表示上面焊缝的DIC软件分析区域；图4是图3中A表示上面焊缝DIC软件分析区域图的DIC软件分析图片；图5是试验一金相显微镜记录的外载荷为偏移量I. 2mm上面焊缝放大500倍金相图片，图5中的A表示上面焊缝的DIC软件分析区域；图6是图5中A表示上面焊缝DIC软件分析区域图的DIC软件分析图片；图7是试验一金相显微镜记录的外载荷为偏移量2. 4mm上面焊缝放大500倍金相图片，图7中的A表示上面焊缝的DIC软件分析区域；图8是图7中A表示上面焊缝DIC软件分析区域图的DIC软件分析图片；图9是试验ー金相显微镜记录的外载荷为偏移量3. 632mm上面焊缝放大500倍金相图片，图9中的A表示上面焊缝的DIC软件分析区域；图10是图9中A表示上面焊缝DIC软件分析区域图的DIC软件分析图片；图11是试验一金相显微镜记录的下面焊缝放大500倍金相图片，图11中的A表示下面焊缝，图11中的B表示下面焊缝的DIC软件分析区域；图12是试验一金相显微镜记录的外载荷为偏移量O. 5mm上面焊缝放大500倍金相图片，图12中的A表示下面焊缝的DIC软件分析区域；图13是图12中A表示下面焊缝DIC软件分析区域图的DIC软件分析图片；图14是试验一金相显微镜记录的外载荷为偏移量I. 2_下面焊缝放大500倍金相图片，图14中的A表示下面焊缝的DIC软件分析区域；图15是图14中A表示 下面焊缝DIC软件分析区域图的DIC软件分析图片；图16是试验一金相显微镜记录的外载荷为偏移量2. 4mm下面焊缝放大500倍金相图片，图16中的A表示下面焊缝的DIC软件分析区域；图17是图16中A表示下面焊缝DIC软件分析区域图的DIC软件分析图片；图18是试验一金相显微镜记录的外载荷为偏移量3. 632mm下面焊缝放大500倍金相图片，图18中的A表示下面焊缝的DIC软件分析区域；图19是图18中A表示下面焊缝DIC软件分析区域图的DIC软件分析图片。
具体实施例方式具体实施方式
一本实施方式是ー种测量陶瓷钎焊接头外载荷与焊缝金属变形量关系的方法，具体是按以下步骤完成首先选择陶瓷钎焊得到的焊板作为待检测件，然后对待检测件进行三点弯曲试验，要求外载荷的加载位置在待检测件焊缝中心正上方，在承载外载荷过程中采用金相显微镜记录焊缝在不同载荷条件下的变形图片，然后利用数字图像拟合方法采用Dic软件分析变形图片，即可得到待检测件焊缝金属在不同负荷条件下的变形量，得到的外载荷与待检测件焊缝金属变形量的关系。本实施方式通过结合三点弯曲试验、金相显微镜和数字图像拟合方法(DigitalImage Correlation)成功掲示了焊缝金属的变形与接头连接强度之间存在的本质关系，即负荷与变形量的关系，通过负荷与变形量可知陶瓷钎焊接头内焊缝的性能，进而制定最合理的陶瓷钎焊焊件的使用要求。
具体实施方式
ニ 本实施方式与具体实施方式
一的不同点是采用步进电机加载负荷，具体如下采用步进电机带动左-右旋的滚珠丝杠转动，丝杠上的两个螺母使两个夹具同时以同样的速度同向运动，进而实现进行待检测件焊缝原位弯曲。其他与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一或ニ之一不同点是采取分段加载的方式，具体如下当单次加载结束后，先采用金相显微镜记录检测焊板焊缝的照片后，在进行下一次加载。其他与具体实施方式
一或二相同。采用下述试验验证本发明效果试验ー结合图1，一种测量陶瓷钎焊接头外载荷与焊缝金属变形量关系的方法，具体是按以下步骤完成首先将陶瓷钎焊得到的厚度为Imm焊板制成10X4X Imm3的待检测件A，如图I所示，然后对待检测件A进行三点弯曲试验，要求外载荷C的加载位置在待检测件A上的焊缝B中心正上方，两个支架之间的距离设定为8mm，采取分段加载的方式，利用进步进电机带动左-右旋的滚珠丝杠转动，丝杠上的两个螺母使两个夹具同时以同样的速度同向运动，进而实现进行待检测件A上的焊缝B原位弯曲，在承载外载荷过程中采用金相显微镜记录焊缝B在不同载荷条件下的变形图片，然后利用数字图像拟合方法采用DIC软件分析变形 图片，即可得到待检测件焊缝金属在不同负荷条件下的变形量，得到的外载荷C与待检测件焊缝金属变形量的关系。本试验焊板成分为Si3N4 ;本试验焊缝金属由Ag-Cu-Ti合金粉末和SiC颗粒混合而成，且Ag-Cu-Ti合金粉末与SiC颗粒的体积比为95:5,所述Ag-Cu-Ti合金粉末中Ag的质量分数为69. 12%，Cu的质量分数为26. 88%和Ti的质量分数为4%。本试验三点弯曲试验的示意图如图I所示，图I是本试验三点弯曲试验的示意图，图I中的A表示待检测件，图I中的B表示待检测件上的焊缝，图I中的C表示外载荷。以外载荷C直接接触待检测件A的面为上面，间接接触检测件A的面为下面，记录外载荷C和待检测件焊缝金属变形量，检测数据表I所示；采用金相显微镜观察和DIC软件分析得到的图片如图2 图19所示，图2是本试验金相显微镜记录的上面焊缝放大500倍金相图片，图2中的A表示上面焊缝，图2中的B表示上面焊缝的DIC软件分析区域；图3是本试验金相显微镜记录的外载荷为偏移量O. 5mm上面焊缝放大500倍金相图片，图3中的A表示上面焊缝的DIC软件分析区域；图4是图3中A表示上面焊缝DIC软件分析区域图的DIC软件分析图片；图5是本试验金相显微镜记录的外载荷为偏移量I. 2mm上面焊缝放大500倍金相图片，图5中的A表示上面焊缝的DIC软件分析区域；图6是图5中A表示上面焊缝DIC软件分析区域图的DIC软件分析图片；图7是本试验金相显微镜记录的外载荷为偏移量2. 4mm上面焊缝放大500倍金相图片，图7中的A表示上面焊缝的DIC软件分析区域；图8是图7中A表示上面焊缝DIC软件分析区域图的DIC软件分析图片；图9是本试验金相显微镜记录的外载荷为偏移量3. 632mm上面焊缝放大500倍金相图片，图9中的A表示上面焊缝的DIC软件分析区域；图10是图9中A表示上面焊缝DIC软件分析区域图的DIC软件分析图片；图11是本试验金相显微镜记录的下面焊缝放大500倍金相图片，图11中的A表示下面焊缝，图11中的B表示下面焊缝的DIC软件分析区域；图12是本试验金相显微镜记录的外载荷为偏移量O. 5mm上面焊缝放大500倍金相图片，图12中的A表示下面焊缝的DIC软件分析区域；图13是图12中A表示下面焊缝DIC软件分析区域图的DIC软件分析图片；图14是本试验金相显微镜记录的外载荷为偏移量I. 2_下面焊缝放大500倍金相图片，图14中的A表示下面焊缝的DIC软件分析区域；图15是图14中A表示下面焊缝DIC软件分析区域图的DIC软件分析图片；图16是本试验金相显微镜记录的外载荷为偏移量2. 4mm下面焊缝放大500倍金相图片，图16中的A表示下面焊缝的DIC软件分析区域；图17是图16中A表示下面焊缝DIC软件分析区域图的DIC软件分析图片；图18是本试验金相显微镜记录的外载荷为偏移量3. 632mm下面焊缝放大500倍金相图片，图18中的A表示下面焊缝的DIC软件分析区域；图19是图18中A表示下面焊缝DIC软件分析区域图的DIC软件分析图片。本试验的检测结果数据统计如表I所示，通过表I提供的数据可知本试验检测陶瓷钎焊得到的厚度为Imm焊板在外载荷为偏移量OmnT外载荷为偏移量3. 632mm之间，厚度为Imm焊板焊缝金属上面变形量为(Γ-2. 4%，厚度为Imm焊板焊缝金属下面变形量为(Γ3. 86%，当厚度为Imm焊板焊缝金属上面变形量为_2. 4%，厚度为Imm焊板焊缝金属下面变形量为3. 86%，即外载荷为偏移量3. 632mm，厚度为Imm焊板从焊缝出断裂，因此本试验厚度为Imm焊板最佳外载荷使用范围为外载荷为偏移量OmnT外载荷为偏移量3. 632mm ;这里通过DIC软件分析得到的试验结果可以为通过合理地控制钎料层金属的变形来得到优质的陶瓷钎焊接头提供指导。、
表I
权利要求
1.一种测量陶瓷钎焊接头外载荷与焊缝金属变形量关系的方法，其特征在于测量陶瓷钎焊接头外载荷与焊缝金属变形量关系的方法是按以下步骤完成首先选择陶瓷钎焊得到的焊板作为待检测件，然后对待检测件进行三点弯曲试验，要求外载荷的加载位置在待检测件焊缝中心正上方，在承载外载荷过程中采用金相显微镜记录焊缝在不同载荷条件下的变形图片，然后利用数字图像拟合方法采用DIC软件分析变形图片，即可得到待检测件焊缝金属在不同负荷条件下的变形量，得到的外载荷与待检测件焊缝金属变形量的关系。
2.根据权利要求I所述的一种测量陶瓷钎焊接头外载荷与焊缝金属变形量关系的方法，其特征在于采用步进电机加载负荷，具体如下采用步进电机带动左-右旋的滚珠丝杠转动，丝杠上的两个螺母使两个夹具同时以同样的速度同向运动，进而实现进行待检测件焊缝原位弯曲。
3.根据权利要求I或2所述的一种测量陶瓷钎焊接头外载荷与焊缝金属变形量关系的方法，其特征在于采取分段加载的方式，具体如下当单次加载结束后，先采用金相显微镜记录检测焊板焊缝的照片后，在进行下一次加载。
全文摘要
一种测量陶瓷钎焊接头外载荷与焊缝金属变形量关系的方法，它涉及一种测量焊接接头外载荷与焊缝金属变形量关系的方法。本发明的目的是要解决现有不存在测量陶瓷钎焊接头外载荷与焊缝金属变形量关系的问题。方法首先选择待检测件，进行三点弯曲试验，且在承载外载荷过程中采用金相显微镜记录焊缝在不同载荷条件下的变形图片，然后利用数字图像拟合方法采用DIC软件分析变形图片，即得到的外载荷与待检测件焊缝金属变形量的关系。优点结合三点弯曲试验、金相显微镜和数字图像拟合方法成功揭示了焊缝金属的变形与接头连接强度之间存在的本质关系。本发明主要用于测量陶瓷钎焊接头外载荷与焊缝金属变形量关系。
文档编号G01N3/20GK102735552SQ201210233740
公开日2012年10月17日 申请日期2012年7月6日 优先权日2012年7月6日
发明者张 杰, 贺艳明 申请人:哈尔滨工业大学