[发明专利]一种焊接接头微区力学性能的微冲剪测试装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于焊接接头微区力学性能测试技术领域，具体涉及一种微冲剪法测试焊接接头微区力学性能的测试装置和测试方法。

背景技术

焊接接头是一种非均质材料，具有组织和力学性能不均匀的特点，因此焊接接头力学性能的准确评价一直受到国内外的广泛关注。对于焊接接头性能的检测，传统方法为机械性能试验方法(例如，拉伸试验、冲击试验和弯曲试验等)和断裂力学试验法，这些试验方法只能得到接头的宏观性能，而对某一区域的具体性能，特别是对于微小的热影响区则难以进行检测。

目前，针对焊接接头微小区域，其力学性能的测试方法主要有：

1)微剪切试验法。该方法可对焊接接头某一狭窄范围内任一点的剪切力学性能进行测试，通过测量焊接接头的“局部参量”来评定焊接接头疲劳性能。但其测试精度很大程度上取决于试片的几何加工精度，测试设备等系统误差对试验的测试误差影响很大，而且不能从试验结果中得到材料的拉伸性能。

2)微拉伸试验法。该方法从焊接接头上截取尺寸较小的试片，然后通过拉伸试验方法获得在任意方向选取的小区域的力学性能，并且可以直接测定应力-应变曲线。但这种方法准备过程和操作过程相当复杂，试片要求很高，且后续处理过程复杂，在实际工程中应用不够理想。

3)小冲杆试验法。该方法是一种利用较小直径的压头冲压微型薄片试片，在试验过程中记录试片在整个加载过程中受力变形的载荷和位移数据，并且由此计算分析得出所需材料力学性能。但是该法较少用于焊接接头的性能评价，在国内应用也较少。因此，针对上述测试方法的不足，本发明提供一种测试焊接接头微区力学性能的微冲剪测试装置与测试方法。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于针对以上现有测试方法的不足和问题，提供一种焊接接头微区力学性能的微冲剪测试装置及方法。

本发明通过在设计微冲剪试验设备和微冲剪试片的基础上，制作数据采集系统，采用万能材料试验机施加载荷，测得的载荷和位移数据经数据采集系统保存在计算机中，经过拟合得到载荷—位移曲线，通过该曲线可以定性和定量地比较不同窄小区域材料的力学性能。本测试方法简单，数据自动采集、拟合，结果精确可靠。

技术方案：为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种焊接接头微区力学性能的微冲剪测试装置，包括纵截面为T字形的底座1，所述底座1上平面上均布连接有4根导柱5，所述导柱5自下至上套装有相互隔离的冲孔盘2、导向盘3和上盘4，其中所述冲孔盘2为一设有凸台和中心孔的圆盘体，冲孔盘2的下端平面设有连通中心孔的圆锥孔，上端凸台平面上开设有一安置试片13的径向凹槽，垂直凹槽采用螺栓连接有两块压片10；所述导向盘3设有用于穿插冲杆7的中心孔，外圆周上对称开设有2个弧形缺口；所述上盘4为设有与导向盘3相对应的中心孔和弧形缺口以及大于且与中心孔同轴线的沉孔；所述冲杆7为上端设有与沉孔相接触的凸缘，下端设有安装冲头8的中心盲孔，中部设有一径向通孔的圆柱体，通孔中穿装有架杆9，架杆9两端分别安装有下端穿过所述导向盘3弧形缺口与所述冲孔盘2相连接，上端伸入所述上盘4设有的弧形缺口的位移传感器11；所述冲杆7的凸缘端面上设置有力传感器12；所述位移传感器11和力传感器12通过导线与外置的数据采集系统相连接。

上述所述的数据采集系统，包括相连接的控制电源、数据采集卡和计算机。

上述所述的底座1的下端柱面上还开设有一用于与万能试验机相连接的径向通孔。

上述所述的导柱5的柱面上还套装有用于固定所述冲孔盘2、导向盘3和上盘4相隔距离的套管6。

上述所述的冲杆7与冲头8的连接为螺纹连接，所述的冲头8为不同直径和形状的冲头，冲头的材质为硬质合金。

上述所述的力传感器12为圆柱型或S型压力传感器，载荷为0～3000N，精度为0.3％。

上述所述的位移传感器11为LVDT型位移传感器，其量程为0～10mm，精度为0.05％。

为了达到上述目的，本发明的另一技术方案是：

本发明的一种焊接接头微区力学性能的微冲剪测试方法，包括以下步骤：

1)试片制备：在焊接接头上沿焊缝截面截取包含焊缝区、熔合区、焊接热影响区、母材的矩形试片；切片时在厚度方向预留磨样余量，依次采用200#、400#，600#，800#，1200#砂纸进行磨制光洁且厚度均匀；磨制后进行抛光，并采用腐蚀剂对焊缝区域进行腐蚀，待焊缝轮廓显示后，试片制作完毕；