[发明专利]大尺寸结构型试样及制作方法、用其进行止裂试验的方法

说明书

本发明公开了大尺寸结构型试样及制作方法、用其进行止裂试验的方法，该试样的制作方法为：先进行扩展板和止裂板的备料，然后制作扩展焊缝和连接焊缝，最后制作V型缺口。再利用上述方法制备的试样进行止裂性能试验，先对试样上的V型缺口进行冷却，在扩展板和止裂板上建立等温型温度场；再对试样施加主拉伸载荷，待主拉伸载荷稳定后，利用冲击组件对试样施加冲击载荷，脆性裂纹启裂后沿扩展焊缝垂直穿过连接焊缝进入止裂板中；最后根据脆性裂纹在止裂板中的延伸情况判断止裂性能。采用本发明的止裂试验方法，裂纹启裂后不易发生偏转，扩展过程中不易分叉，能够保证裂纹启裂、沿扩展焊缝扩展后顺利进入止裂板，以实现对钢材的止裂性能考核。

技术领域

本发明涉及金属材料抗断性能测试技术领域，尤其是涉及大尺寸结构型试样及制作方法、用其进行止裂试验的方法。

背景技术

进入二十一世纪以来，为提高效益、降低运营成本，集装箱船的发展日益趋向大型化和超大型化，目前，19000箱级集装箱船已投入运营，20000箱级集装箱船已进入实船建造阶段。随着结构的大型化和超大型化，为满足刚度和强度要求，船体结构所用钢板的强度等级和板厚规格也不断增大，最高强度水平已达460MPa，最大板厚规格趋近100mm。随着强度的升高和板厚规格的增大，钢板的抗断性能下降，安全可靠性问题突出。为保证结构的安全，要求大型集装箱船关键部位用高强度厚钢板必须具有止裂性能，即结构中一旦产生脆性裂纹，钢板能够将其止住，从而避免灾难性破坏。

为正确评价钢板的止裂性能，需建立有效的止裂评价试验方法。目前，为研究钢板的止裂性能，常使用的是温度梯度型双重拉伸试验和ESSO试验，梯度温度型双重拉伸试验和ESSO试验中，试样尺寸虽然较大，但与实际结构尺寸仍存在一定差距。

因此，为尽可能真实地反映实际结构的止裂性能，需建立能够反映实际结构止裂性能的试验方法，从而确定止裂性能表征参量的工程技术指标。止裂性能技术指标值是衡量钢板能否满足大型集装箱船设计和建造需求的主要参量，也是确定钢板止裂性能检验技术指标的主要参照。根据国外技术文件，止裂性能技术指标值一般通过大尺寸结构型止裂试验加以确定。

目前，大尺寸结构型止裂试验示意图如图1所示。其试验方法为：先在试样中建立等温型温度场，待温度场稳定后，对试样施加预定应力水平的主拉伸载荷，然后采用冲击装置冲击冷却至低温的预制V型缺口，缺口根部在冲击载荷作用下产生一道脆性裂纹，裂纹沿扩展板扩展，随后进入止裂板，通过观察裂纹在止裂板的扩展和止裂行为评价试样的止裂性能。为有效考核高强度厚钢板的止裂性能，扩展裂纹应是快速扩展的脆性裂纹，并垂直连接焊缝进入止裂板，而在止裂试验中，脆性裂纹启裂后通常是未能沿着扩展板顺利扩展进入止裂板，一方面是裂纹在启裂处发生偏转，在扩展板中扩展一段距离后止住，另一方面是脆性裂纹扩展过程中在扩展板发生偏转，扩展一段距离后止住，裂纹均未能沿扩展板进入止裂板。

为保证试验结果的有效性，实现裂纹启裂后沿扩展板扩展后能够顺利进入止裂板，需要设计一种有效的大尺寸结构型止裂试验建立技术。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供，提供确定船用高强度厚钢板止裂性能技术指标值所需的大尺寸结构型止裂试验方法，能够满足脆性裂纹启裂后，沿扩展板快速扩展进入止裂板的要求，为实现对止裂性能的有效测试打下基础。

本发明为了解决上述技术问题所采用的技术方案是：大尺寸结构型试样制作方法，该大尺寸结构型试样被用于能够测试钢材止裂性能的止裂试验中，其制作方法包括以下步骤：

（1）、备料：所述试样包括扩展板和止裂板，扩展板和止裂板与待测试钢材的材质和厚度均相同，根据试样尺寸要求分别裁剪扩展板和止裂板；

（2）、制作扩展焊缝：在扩展板中部加工焊接坡口，对焊接坡口进行焊接制作扩展焊缝，然后去除扩展焊缝的余高，在扩展焊缝上加工V形槽；

（3）、制作连接焊缝：将止裂板与扩展板对接焊接制作连接焊缝，所述扩展焊缝与连接焊缝垂直设置；