[发明专利]一种焊接过程材料循环硬化行为测试方法

说明书

本发明涉及一种焊接过程材料循环硬化行为测试方法，包括以下步骤：1)将试样安装在高温疲劳试验机上，使用环形红外加热炉以一定的加热速度将试样加热到设定温度，并对试样保温；2)采用应变控制，进行多级载荷循环拉压试验；3)绘制循环拉压试验的应力应变曲线图，建立在设定温度下最大拉应力与循环次数的关系，基于最大拉应力变化趋势确定应变硬化特征；4)根据循环拉压试验的循环应力应变曲线，计算相对内应力；5)根据相对内应力与试验温度的关系曲线，取试样材料力学熔点以下温度的相对内应力平均值作为该试样材料随动硬化模型的比例。与现有技术相比，本发明具有定性评价循环硬化特征、定量确定随动硬化模型的比例等优点。

技术领域

本发明涉及焊接力学领域，尤其是涉及一种焊接过程材料循环硬化行为测试方法。

背景技术

由于焊接热循环的作用导致焊接接头微观组织、力学性能的不均匀，不可避免地产生焊接变形和残余应力，全面准确地评估焊接残余应力对焊接结构寿命预测以及完整性评估具有重要的影响。采用科学的数值模拟技术和少量的试验验证相结合的方法，将研究模式从“理论—试验—生产”转变为“理论—计算机模拟—生产”，是当今信息时代发展的趋势，在新产品设计、工艺制定及优化、结构安全性评估以及失效分析等方面提供重要支持，不仅节约大量试验所需人力物力，而且提高焊接热加工的科学水平。

焊接过程，材料热弹塑性应力应变演化决定了残余应力的分布和大小。在焊接数值模拟中，一般采用材料的硬化模型表征焊接过程材料的热弹塑性应力应变关系。不同的材料表现出不同的循环硬化特征，采用传统的等向硬化模型或者随动硬化模型不能准确表征材料的热弹塑性应力应变关系。最近发展的非线性混合硬化模型可以更加准确地表征焊接过程热弹塑性应力应变关系，但是硬化模型比例均采用假设法，缺乏非线性混合硬化模型比例试验测试手段。

张建平等提出了一种铝合金应力应变关系的Browman本构优化模型及其应用(申请号：201610264432.2)，结合铝合金应力应变试验数据，采用数学算法多次的对原始公式进行变形、拆分，再分别计算强度系数、应变硬化指数等系数，该方法只是预测铝合金单向的应力应变关系，无法计算循环应力应变关系。Q·王等提出了预测铝合金在多轴加载下的疲劳寿命的系统和方法(申请号：201010135917.4)，通过计算机与基于微观力学的疲劳寿命模型相结合，计算出影响疲劳寿命的损伤因子参数，从而预测出铝合金在循环多轴加载下的疲劳寿命。但该方法只是对疲劳寿命进行预测，并未对多级疲劳载荷下的应力应变关系进行预测。

因此，如何提出一种方法，能够对焊接过程材料的循环硬化行为进行测试，建立准确的硬化模型表征焊接过程材料热弹塑性应力应变关系成为业界亟待解决的重要课题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种焊接过程材料循环硬化行为测试方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种焊接过程材料循环硬化行为测试方法，包括以下步骤：

1)将试样安装在高温疲劳试验机上，使用环形红外加热炉以一定的加热速度将试样加热到设定温度，并对试样保温；

2)采用应变控制，进行多级载荷循环拉压试验；

3)绘制循环拉压试验的应力应变曲线图，建立在设定温度下最大拉应力与循环次数的关系，基于最大拉应力变化趋势确定应变硬化特征；

4)根据循环拉压试验的循环应力应变曲线，计算相对内应力

5)根据相对内应力与试验温度的关系曲线，取试样材料力学熔点以下温度的相对内应力平均值作为该试样材料随动硬化模型的比例。

所述的步骤4)中，相对内应力的计算式为：