[发明专利]一种非均质焊接接头微区塑性流变表征方法

说明书

本发明公开了一种非均质焊接接头微区塑性流变表征方法，包括步骤：采用纳米压痕仪对焊接接头所需表征的微区以不同的加载速度进行加载使其发生塑性变形，然后在一定的载荷作用下保压一定时间使其发生塑性流变，测得最大载荷对应的压痕深度位移和保压结束时的位移；计算不同加载速度下的塑性流变硬度和塑性流变速率，通过拟合不同加载速度下塑性流变速率和塑性流变硬度间的线性本构关系获得塑性流变应力指数，表征焊接接头微区的塑性流变行为。本发明能够有效解决非均质焊接接头微尺寸性能表征的条件限制，表征该微区在所受外力超过屈服极限后的塑性流变行为。

技术领域

本发明属于焊接结构力学性能表征技术领域，具体涉及一种非均质焊接接头微区塑性流变表征方法。

背景技术

目前在液化天然气装备制造中，盛装液化天然气的容器需服役于-196℃的低温介质，普遍采用9Ni低温钢，以耐蚀性能极为优良的镍基焊接材料进行焊接加工，即形成9Ni钢镍基焊缝异质型非均质焊接接头。焊接接头本质上是由焊缝区、熔合区、过热区等化学成分及组织性能极不均匀的各微区构成的，而9Ni低温钢与镍基填充金属又是完全异同的金属，因此焊接接头各微区的力学性能更具有非均质性。由于这些微区具有小尺寸特征，常规的力学性能测试方法仅能对宏观焊接接头的力学性能进行测定，但不能准确地测量及表征其焊接焊接接头在受力超过屈服极限后各微区的塑性流变行为。现有的测量塑性流变方法如单轴拉伸、单轴压缩及扭转等，由于小尺寸微区不具备取样加工试样条件，因此尚无法测量及表征微区的塑性流变行为。

近年来发展的微拉伸、微剪切试验方法虽然可以测量其有限的力学性能，但符合标准的试样同样受到微区尺寸的限制，导致其测量结果存在很大的误差。现有发明专利申请：基于纳米压痕试验的焊接接头本构模型反推方法(申请号为201811241182.6)，公开了一种基于纳米压痕试验的焊接接头本构模型反推方法，该方法利用纳米压痕技术计算硬化指数、弹性模量等力学性能参数，并建立了焊接接头的本构模型，但是并未对焊接接头塑形流变进行相关的表征。文献：基于纳米压痕法分析无铅焊点内Cu6Sn5金属化合物的力学性能(稀有金属材料与工程，2013，42(5)：316-319)，提出了一种利用纳米压痕表征无铅焊点中化合物力学性能的方法，但其仅局限于表征钎焊焊点中的化合物相高温蠕变，与电弧熔焊得到的焊接接头的塑性流变无论在应用范围还是变形性质方面均有很大的差别。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种非均质焊接接头微区塑性流变表征方法，解决现有表征技术无法表征焊接接头微区塑性流变行为的问题。

本发明提供了如下的技术方案：

一种非均质焊接接头微区塑性流变表征方法，包括以下步骤：

采用纳米压痕仪对焊接接头所需表征的微区以不同的加载速度进行加载使其发生塑性变形，然后在一定的载荷作用下保压一定时间使其发生塑性流变，测得最大载荷对应的压痕深度位移和保压结束时的位移；

计算不同加载速度下的塑性流变硬度和塑性流变速率，通过拟合不同加载速度下塑性流变速率和塑性流变硬度间的线性本构关系获得塑性流变应力指数，表征焊接接头微区的塑性流变行为。

进一步的，所述塑性流变应力指数n的计算公式为：

公式(1)中ε_pr表示塑性流变速率，H_pr表示塑性流变硬度。

进一步的，不同加载速度下的塑性流变硬度H_pr的计算公式为：

公式(2)中W_pr表示塑性流变做功值，ΔV_pr表示塑性流变变形体积。

进一步的，所述塑性流变做功值W_pr的计算公式为：