一種焊接接頭微區(qū)力學(xué)性能的微沖剪測試裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于焊接接頭微區(qū)力學(xué)性能測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種微沖剪法測試焊接接頭微區(qū)力學(xué)性能的測試裝置和測試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]焊接接頭是一種非均質(zhì)材料，具有組織和力學(xué)性能不均勻的特點(diǎn)，因此焊接接頭力學(xué)性能的準(zhǔn)確評價(jià)一直受到國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。對于焊接接頭性能的檢測，傳統(tǒng)方法為機(jī)械性能試驗(yàn)方法(例如，拉伸試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)和彎曲試驗(yàn)等)和斷裂力學(xué)試驗(yàn)法，這些試驗(yàn)方法只能得到接頭的宏觀性能，而對某一區(qū)域的具體性能，特別是對于微小的熱影響區(qū)則難以進(jìn)行檢測。
[0003]目前，針對焊接接頭微小區(qū)域，其力學(xué)性能的測試方法主要有:
[0004]I)微剪切試驗(yàn)法。該方法可對焊接接頭某一狹窄范圍內(nèi)任一點(diǎn)的剪切力學(xué)性能進(jìn)行測試，通過測量焊接接頭的“局部參量”來評定焊接接頭疲勞性能。但其測試精度很大程度上取決于試片的幾何加工精度，測試設(shè)備等系統(tǒng)誤差對試驗(yàn)的測試誤差影響很大，而且不能從試驗(yàn)結(jié)果中得到材料的拉伸性能。
[0005]2)微拉伸試驗(yàn)法。該方法從焊接接頭上截取尺寸較小的試片，然后通過拉伸試驗(yàn)方法獲得在任意方向選取的小區(qū)域的力學(xué)性能，并且可以直接測定應(yīng)力-應(yīng)變曲線。但這種方法準(zhǔn)備過程和操作過程相當(dāng)復(fù)雜，試片要求很高，且后續(xù)處理過程復(fù)雜，在實(shí)際工程中應(yīng)用不夠理想。
[0006]3)小沖桿試驗(yàn)法。該方法是一種利用較小直徑的壓頭沖壓微型薄片試片，在試驗(yàn)過程中記錄試片在整個(gè)加載過程中受力變形的載荷和位移數(shù)據(jù)，并且由此計(jì)算分析得出所需材料力學(xué)性能。但是該法較少用于焊接接頭的性能評價(jià)，在國內(nèi)應(yīng)用也較少。因此，針對上述測試方法的不足，本發(fā)明提供一種測試焊接接頭微區(qū)力學(xué)性能的微沖剪測試裝置與測試方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]技術(shù)問題:本發(fā)明的目的在于針對以上現(xiàn)有測試方法的不足和問題，提供一種焊接接頭微區(qū)力學(xué)性能的微沖剪測試裝置及方法。
[0008]本發(fā)明通過在設(shè)計(jì)微沖剪試驗(yàn)設(shè)備和微沖剪試片的基礎(chǔ)上，制作數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采用萬能材料試驗(yàn)機(jī)施加載荷，測得的載荷和位移數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)保存在計(jì)算機(jī)中，經(jīng)過擬合得到載荷一位移曲線，通過該曲線可以定性和定量地比較不同窄小區(qū)域材料的力學(xué)性能。本測試方法簡單，數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、擬合，結(jié)果精確可靠。
[0009]技術(shù)方案:為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
[0010]一種焊接接頭微區(qū)力學(xué)性能的微沖剪測試裝置，包括縱截面為T字形的底座1，所述底座I上平面上均布連接有4根導(dǎo)柱5，所述導(dǎo)柱5自下至上套裝有相互隔離的沖孔盤2、導(dǎo)向盤3和上盤4，其中所述沖孔盤2為一設(shè)有凸臺和中心孔的圓盤體，沖孔盤2的下端平面設(shè)有連通中心孔的圓錐孔，上端凸臺平面上開設(shè)有一安置試片13的徑向凹槽，垂直凹槽采用螺栓連接有兩塊壓片10 ;所述導(dǎo)向盤3設(shè)有用于穿插沖桿7的中心孔，外圓周上對稱開設(shè)有2個(gè)弧形缺口 ；所述上盤4為設(shè)有與導(dǎo)向盤3相對應(yīng)的中心孔和弧形缺口以及大于且與中心孔同軸線的沉孔；所述沖桿7為上端設(shè)有與沉孔相接觸的凸緣，下端設(shè)有安裝沖頭8的中心盲孔，中部設(shè)有一徑向通孔的圓柱體，通孔中穿裝有架桿9，架桿9兩端分別安裝有下端穿過所述導(dǎo)向盤3弧形缺口與所述沖孔盤2相連接，上端伸入所述上盤4設(shè)有的弧形缺口的位移傳感器11 ;所述沖桿7的凸緣端面上設(shè)置有力傳感器12 ;所述位移傳感器11和力傳感器12通過導(dǎo)線與外置的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連接。
[0011]上述所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括相連接的控制電源、數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)。
[0012]上述所述的底座I的下端柱面上還開設(shè)有一用于與萬能試驗(yàn)機(jī)相連接的徑向通孔。
[0013]上述所述的導(dǎo)柱5的柱面上還套裝有用于固定所述沖孔盤2、導(dǎo)向盤3和上盤4相隔距離的套管6。
[0014]上述所述的沖桿7與沖頭8的連接為螺紋連接，所述的沖頭8為不同直徑和形狀的沖頭，沖頭的材質(zhì)為硬質(zhì)合金。
[0015]上述所述的力傳感器12為圓柱型或S型壓力傳感器，載荷為O?3000N，精度為0.
[0016]上述所述的位移傳感器11為LVDT型位移傳感器，其量程為O?10mm，精度為0.05%。
[0017]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的另一技術(shù)方案是:
[0018]本發(fā)明的一種焊接接頭微區(qū)力學(xué)性能的微沖剪測試方法，包括以下步驟:
[0019]I)試片制備:在焊接接頭上沿焊縫截面截取包含焊縫區(qū)、熔合區(qū)、焊接熱影響區(qū)、母材的矩形試片；切片時(shí)在厚度方向預(yù)留磨樣余量，依次采用200#、400#，600#，800#，1200#砂紙進(jìn)行磨制光潔且厚度均勻；磨制后進(jìn)行拋光，并采用腐蝕劑對焊縫區(qū)域進(jìn)行腐蝕，待焊縫輪廓顯示后，試片制作完畢；
[0020]2)沖孔夾具及試片裝配:將微沖剪試驗(yàn)裝置底座通過固定裝置與萬能材料試驗(yàn)機(jī)相連，將步驟I)制作好的試片安置在沖孔盤中心凸臺上設(shè)有的凹槽中，擰緊壓片上部的緊固螺釘，保證試片在試驗(yàn)過程中不產(chǎn)生移動(dòng)；
[0021]3)微沖剪試驗(yàn):通過萬能材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行加載，載荷通過壓桿傳遞載荷至沖頭，通過沖頭壓剪試片，直至試片被完全貫穿為止；利用所設(shè)置的位移傳感器、載荷傳感器測量相應(yīng)的位移和載荷數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)經(jīng)采集卡轉(zhuǎn)換后輸入計(jì)算機(jī)，經(jīng)數(shù)據(jù)處理，曲線擬合后，最終輸出待測微區(qū)的載荷-位移曲線。
[0022]技術(shù)效果:本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果主要是:
[0023]I)本發(fā)明夾具結(jié)構(gòu)簡單，裝配過程簡易，裝配可靠性較高。
[0024]2)本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，能保證加載的精度和準(zhǔn)確性。
[0025]3)本發(fā)明信息采集系統(tǒng)精度高，數(shù)據(jù)采集可靠，數(shù)據(jù)處理精確。
[0026]4)本發(fā)明沖頭材料采用硬質(zhì)合金，硬度高，強(qiáng)度和韌性較好，使用壽命較長。
[0027]5)本發(fā)明可針對不同試件厚度和不同加載速度進(jìn)行試驗(yàn)，以滿足不同參數(shù)對照的試驗(yàn)需求。
[0028]6)本發(fā)明可針對不同焊接方法、不同尺寸的焊接微區(qū)進(jìn)行力學(xué)性能的測定。
[0029]7)本發(fā)明試驗(yàn)制備容易，試驗(yàn)過程簡單，綜合成本較低。
【附圖說明】
[0030]圖1為本發(fā)明的微沖剪測試裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031 ]圖2為微沖剪沖孔夾具示意圖；
[0032]圖3為導(dǎo)柱和套桿示意圖；
[0033]圖4為上盤示意圖；
[0034]圖5為導(dǎo)向盤示意圖；
[0035]圖6為沖孔盤示意圖；
[0036]圖7為底座不意圖；
[0037]圖8為沖桿示意圖；
[0038]圖9和圖10分別為不同規(guī)格的沖頭示意圖；
[0039]圖11為微沖剪試驗(yàn)載荷-位移曲線實(shí)例圖；
[0040]圖12(a)和12(b)分別為微沖剪位置照片圖和試驗(yàn)結(jié)果實(shí)例曲線圖；
[0041 ]圖中的標(biāo)號分別為:
[0042]1、底座，2、沖孔盤，3、導(dǎo)向盤，4、上盤，5、導(dǎo)柱，6、套管，7、沖桿，8、沖頭，9、架桿，10、壓片，11、位移傳感器，12、力傳感器，13、試片。
【具體實(shí)施方式】
[0043]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0044]如圖1至圖10所示，為本發(fā)明的一種焊接接頭微區(qū)力學(xué)性能的微沖剪測試裝置，包括縱截面為T字形的底座1，所述底座I上平面上均布連接有4根導(dǎo)柱5，所述導(dǎo)柱5自下至上套裝有相互隔離的沖孔盤2、導(dǎo)向盤3和上盤4，其中所述沖孔盤2為一設(shè)有凸臺和中心孔的圓盤體，沖孔盤2的下端平面設(shè)有連通中心孔的圓錐孔，上端凸臺平面上開設(shè)有一安置試片13的徑向凹槽，垂直凹槽采用螺栓連接有兩塊壓片10 ;所述導(dǎo)向盤3設(shè)有用于穿插沖桿7的中心孔，外圓周上對稱開設(shè)有2個(gè)弧形缺口 ；所述上盤4為設(shè)有與導(dǎo)向盤3相對應(yīng)的中心孔和弧形缺口以及大于且與中心孔同軸線的沉孔；所述沖桿7為上端設(shè)有與沉孔相接觸的凸緣，下端設(shè)有安裝沖頭8的中心盲孔，中部設(shè)有一徑向通孔的圓柱體，通孔中穿裝有架桿9，架桿9兩端分別安裝有下端穿過所述導(dǎo)向盤3弧形缺口與所述沖孔盤2相連接，上端伸入所述上盤4設(shè)有的弧形缺口的位移傳感器11 ;所述沖桿7的凸緣端面上設(shè)置有力傳感器12 ;所述位移傳感器11和力傳感器12通過導(dǎo)線與外置的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連接。
[0045]其中，所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括相連接的控制電源、數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)。
[0046]所述的底座I的下端柱面上還開設(shè)有一用于與萬能試驗(yàn)機(jī)相連接的徑向通孔。
[0047]所述的導(dǎo)柱5的柱面上還套裝有用于固定所述沖孔盤2、導(dǎo)向盤3和上盤4相隔距離的套管6。
[0