一种定量测试焊接缺陷对冲击韧性影响的方法与流程

1.本发明涉及金属材料性能检测技术领域，特别涉及一种定量测试焊接缺陷对冲击韧性影响的方法。


背景技术：

2.随着石油天然气工业的迅速发展，油气管线输送压力不断提高，这对输送管线管道质量提出了更高的要求。不同级别管线钢在油气管线输送中应用较为广泛，但输送过程中管道爆裂和泄漏事故时有发生，经失效分析表明，管道爆裂和泄漏事故的主要原因是由于焊缝处冲击韧性差而导致脆性断裂。
3.冲击韧性是金属材料在受到冲击载荷作用下，在断裂过程中吸收的能量，反映了金属材料的韧脆程度，是评价焊接质量的一个重要因素。焊缝冲击韧性受焊缝组织、焊接缺陷（裂纹、气孔、夹杂）等影响较大，硬脆组织、焊接缺陷是导致冲击韧性降低的主要原因。然而，目前未见有定量测试焊接缺陷对冲击韧性影响的方法。常规是采用金属夏比v型缺口冲击试验方法将冲击缺口开设在焊缝位置，测试宏观焊缝组织对冲击韧性的影响，而微小的焊接缺陷和缺陷相对v型缺口的位置对冲击韧性的影响较难准确地定量测试。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明的目的是提供一种定量测试焊接缺陷对冲击韧性影响的方法，实现对焊缝中微小的焊接缺陷进行定量测试，并且不受缺陷相对v型缺口的位置对冲击韧性测试的影响，该方法测试简单、结果可靠。
5.本发明的技术方案在于：一种定量测试焊接缺陷对冲击韧性影响的方法，包括以下步骤：s1：制备焊接接头冲击试样；在管线钢焊接接头上截取冲击试样，所述的冲击试样上设置有焊缝和v型缺口，所述的焊缝和v型缺口均位于冲击试样长度方向的中间部位，所述的v型缺口位于冲击试样壁厚面上，并与焊缝横截面垂直；s2：制备冲击试样上的焊接缺陷；将s1中制备的冲击试样，夹装在超高压数控水切割机的切割工作台上，通过超高压数控水切割机的超高压系统把水加压后，进入超高压数控水切割机的自动供砂系统，在自动供砂系统中水与磨料充分混合，并带动磨料加速，在切割刀头的约束下，形成超高压磨料射流以切割冲击试样，具体过程为：s21：在超高压数控水切割机的数控系统上分别设定冲击试样的切割缝和孔的加工路径长度、加工路径位置、切割速度；s22：开启总电源，启动超高压数控水切割机的超高压系统、自动供砂系统、数控系统开始切割，切割按照设步骤s21中定路径进行加工，具体工艺参数为：水压力410 ~430mpa，磨料流量2.5~3.2g/s；
s23：切割完成后，关闭总电源和上述步骤s22中各系统开关，取下冲击试样；s3：将s2中加工的不同长度和方向裂纹，不同直径气孔，裂纹和气孔距冲击缺口根部不同距离的冲击试样进行冲击试验；s4：记录s3中每种冲击试样冲断后的冲击功，并分别对距缺口不同距离试样的冲击功进行比较，定量评价裂纹长度，气孔直径，裂纹和气孔距试样冲击缺口根部距离对冲击韧性的影响。
6.所述步骤s1中，冲击试样的尺寸长
×
宽
×
厚具体为(56~65)mm
×
10mm
×
2.5mm。
7.所述步骤s1中，冲击试样各表面粗糙度和缺口尺寸执行gb/t229-2007标准。
8.所述步骤s2中，所述的切割刀头内径为ф0.1~ф0.19mm，所述的切割刀材质为蓝宝石或陶瓷。
9.所述步骤s2中，所述磨料为天然石榴石砂，粒度为100~325目。
10.所述s2中的加工路径长度与切割缝长度相同，分别为0mm、1mm、2mm、3mm，切割缝长度为0mm时为气孔，其余为裂纹，气孔直径为切割刀头的直径。
11.所述s2中的加工路径位置为：所述裂纹和气孔关于v型缺口中心线对称，裂纹的方向垂直或平行于v型缺口中心线，所述裂纹和气孔距v型缺口根部分别具有不同的距离。
12.裂纹方向垂直于v型缺口中心线的裂纹距v型缺口根部距离分别为1mm、3mm、7mm，裂纹方向平行于v型缺口中心线的裂纹靠近v型缺口一端距v型缺口根部距离分别为1mm和3mm，所述气孔距v型缺口根部的距离分别为3mm、5mm、7mm。
13.所述s2中所述切割速度为6~8m/min。
14.所述步骤s2中的切割工作台下方设有微机控制横梁，所述的微机控制横梁下方设有水箱，所述的微机控制横梁由所述的数控系统控制在所述水箱上自动行走。
15.本发明的有益效果在于：1、本发明通过超高压数控水切割机在焊接接头冲击试样的焊缝上加工切割缝和孔，用来模拟实际焊接接头存在的裂纹和气孔，通过对冲击试样冲断后的冲击功进行比较，定量评价裂纹长度，气孔直径，裂纹和气孔距试样冲击缺口根部距离对冲击韧性的影响；2、本发明方法评价焊接缺陷对冲击韧性的影响，成本低，结果可靠，适用于各种级别管线钢焊缝。
附图说明
16.图1是本发明实施例焊接接头冲击试样上的裂纹与气孔示意图。
17.图2是本发明实施例超高压数控水切割机使用示意图。
18.附图标记：1-冲击试样；2-焊缝；3-v型缺口；4-超高压系统；5-水罐；6-自动供砂系统；7-切割刀头；8-气孔；9-切割工作台； 10-微机控制横梁；11-水箱；12-数控系统；13-裂纹。
具体实施方式
19.实施例1一种定量测试焊接缺陷对冲击韧性影响的方法，包括以下步骤：s1：制备焊接接头冲击试样；如图1所示，在管线钢焊接接头上截取冲击试样1，所述的冲击试样上设置有焊缝2
和v型缺口3，所述的焊缝2和v型缺口3均位于冲击试样1长度方向的中间部位，v型缺口3位于冲击试样1壁厚面上，并与焊缝横截面垂直；s2：制备冲击试样上的焊接缺陷；如图2所示，采用超高压数控水切割机来制备冲击试样上的焊接缺陷，超高压数控水切割机包括超高压系统4、水罐5、切割刀头7、切割工作台9、数控系统12和自动供砂系统6，属于现有技术，这里就不做详细说明。使用时，将s1中制备的冲击试样，夹装在超高压数控水切割机的切割工作台9上，通过超高压系统4把超高压数控水切割机的水罐5中的水加压后，进入自动供砂系统6，在自动供砂系统6中水与磨料充分混合，带动磨料加速，在超高压数控水切割机切割刀头7的约束下，形成超高压磨料射流以切割冲击试样，具体过程为：s21：在超高压数控水切割机的数控系统上分别设定冲击试样的切割缝和孔的加工路径长度、加工路径位置、切割速度；s22：开启总电源，启动超高压数控水切割机的超高压系统4、自动供砂系统6、数控系统12开始切割，切割按照设步骤s21中定路径进行加工，具体工艺参数为：水压力410 ~430mpa，磨料流量2.5~3.2g/s；s23：切割完成后，关闭总电源和上述步骤s22中各系统开关，取下冲击试样；s3：将s2中加工的不同长度和方向裂纹，不同直径气孔8，裂纹13和气孔8距冲击缺口根部不同距离的冲击试样进行冲击试验；s4：记录s3中每种冲击试样冲断后的冲击功，并分别对距缺口不同距离试样的冲击功进行比较，定量评价裂纹长度，气孔直径，裂纹和气孔距试样冲击缺口根部距离对冲击韧性的影响。
20.所述步骤s1中，冲击试样的尺寸长
×
宽
×
厚具体为(56~65)mm
×
10mm
×
2.5mm。
21.所述步骤s1中，冲击试样各表面粗糙度和缺口尺寸执行gb/t229-2007标准。
22.所述步骤s2中，所述的切割刀头内径为ф0.1~ф0.19mm，所述的切割刀材质为蓝宝石或陶瓷。
23.所述步骤s2中，所述磨料为天然石榴石砂，粒度为100~325目。
24.所述s2中的加工路径长度与切割缝长度相同，分别为0mm、1mm、2mm、3mm，切割缝长度为0mm时为气孔，其余为裂纹，气孔直径为切割刀头的直径。
25.所述s2中的加工路径位置为：所述裂纹和气孔关于v型缺口中心线对称，裂纹的方向垂直或平行于v型缺口中心线，所述裂纹和气孔距v型缺口根部分别具有不同的距离。
26.裂纹方向垂直于v型缺口中心线的裂纹距v型缺口根部距离分别为1mm、3mm、7mm，裂纹方向平行于v型缺口中心线的裂纹靠近v型缺口一端距v型缺口根部距离分别为1mm和3mm，所述气孔距v型缺口根部的距离分别为3mm、5mm、7mm。
27.所述s2中所述切割速度为6~8m/min。
28.所述步骤s2中的切割工作台下方设有微机控制横梁10，所述的微机控制横梁10下方设有水箱11，所述的微机控制横梁10由所述的数控系统12控制在所述水箱11上自动行走。
29.采用实施例1中的定量测试焊接缺陷对冲击韧性影响的方法，制备焊接缺陷冲击试样，并对其进行焊接缺陷对冲击韧性影响定量测试，具体见以下实施例2~实施例6。
30.实施例2
在制备的冲击试样上切割垂直于冲击缺口中心线的裂纹，切割参数为：水压力400~405mpa，磨料粒度300目，磨料流量2.8g/s，切割刀头内径φ0.1mm，切割速度6m/min。采用上述参数分别制备两组裂纹试样，每组三个平行试样，制备的裂纹长度均为1mm，两组试样裂纹距冲击缺口的距离分别为3mm和7mm。上述制备的两组裂纹冲击试样与常规金属夏比v型缺口冲击试样经冲击试验后，其平均冲击功分别为35.5j、27.4j、27.0j。有裂纹试样冲击韧性比常规金属夏比v型缺口冲击试样冲击韧性好，与实际冲击试样的裂缝韧性情况相符合。
31.实施例3在制备的冲击试样上切割垂直于冲击缺口中心线的裂纹，切割参数为：水压力400~405mpa，磨料粒度300目，磨料流量2.8g/s，切割刀头内径φ0.1mm，切割速度6m/min。采用上述参数分别制备两组裂纹试样，每组三个平行试样，制备的裂纹长度分别为1mm和2mm，两组试样裂纹距冲击缺口的距离均为2mm。上述制备的两组裂纹冲击试样与常规金属夏比v型缺口冲击试样经冲击试验后，其平均冲击功分别为31.8j、41.4j、27.0j。有裂纹试样冲击韧性比常规金属夏比v型缺口冲击试样冲击韧性好，与实际冲击试样的裂缝韧性情况相符合。
32.实施例4在制备的冲击试样上切割平行于冲击缺口中心线的裂纹，切割参数为：水压力400~405mpa，磨料粒度300目，磨料流量2.8g/s，切割刀头内径φ0.1mm，切割速度6m/min。采用上述参数分别制备两组裂纹试样，每组三个平行试样，制备的裂纹长度均为3mm，两组试样裂纹靠近冲击缺口一端距离缺口分别为1mm和3mm。上述制备的两组裂纹冲击试样与常规金属夏比v型缺口冲击试样经冲击试验后，其平均冲击功分别为21.8j、25.4j、27.0j。有裂纹试样冲击韧性比常规金属夏比v型缺口冲击试样冲击韧性差，与实际冲击试样的裂缝韧性情况相符合。
33.实施例5在制备的冲击试样上切割气孔，切割参数为：水压力400~405mpa，磨料粒度300目，磨料流量2.8g/s，切割刀头内径φ0.15mm。采用上述参数分别制备两组气孔试样，每组三个平行试样，制备的气孔直径均为1.0mm，两组试样气孔中心线距冲击缺口的距离分别为3mm和7mm。上述两组冲击试样与常规金属夏比v型缺口冲击试样经冲击试验后，其平均冲击功分别为24.7j、26.5j、27.0j。有气孔试样冲击韧性比常规金属夏比v型缺口冲击试样冲击韧性差，与实际冲击试样的裂缝韧性情况相符合。
34.实施例6在制备的冲击试样上切割气孔，切割参数为：水压力400~405mpa，磨料粒度300目，磨料流量2.8g/s，切割刀头内径φ0.15mm。采用上述参数分别制备两组气孔试样，每组三个平行试样，制备的气孔直径分别为0.5mm和1.0mm，两组试样气孔中心线距冲击缺口的距离均为5mm。上述两组冲击试样与常规金属夏比v型缺口冲击试样经冲击试验后，其平均冲击功分别为27.9j、27.2j和27.0j。有气孔试样冲击韧性比常规金属夏比v型缺口冲击试样冲击韧性好，与实际冲击试样的裂缝韧性情况相符合。
35.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。