技术领域
[0001] 本发明属于焊缝试样加工及力学性能测试技术领域，具体涉及一种管道焊缝微区拉伸试样加工及测试方法。
相关背景技术
[0002] 目前针对焊缝部位的安全评价方法是将焊缝部位材料拉伸性能用母材的拉伸性能代替进行评价，这种评价方法对于一般的强匹配焊缝来说过于保守，对于弱匹配焊缝来说又不可靠，因此急需掌握管道焊缝部位的拉伸性能。对于焊缝内部的缺陷，最可靠的评价方法是利用缺陷周边的材料性能进行评价，目前相关标准均是将焊缝作为整体结构进行研究，焊缝拉伸性能测试试样跨越整个焊缝区域，该方法得到的是焊缝的宏观力学性能，无法区分焊缝不同特征区域的力学性能差异。基于以上原因，焊缝特征区域的材料强度、韧性分布规律的研究越来越受到研究人员的重视。
[0003] 焊缝在焊接过程中，由于不同焊层的焊条材料、焊接工艺、焊接电流等参数影响，最终成型的焊缝在不同区域的力学性能呈现出较大的差异。由于各区域较小，试样加工比较困难，因此环焊缝微区拉伸力学性能的测试也成为实际工程中的一大难题。在文章《焊缝结构微区材料力学性能研究》（作者：汤忠斌、徐绯、许泽建等；杂志：机械强度；刊号：2010, 32(1):58-63）以及学位论文《高温环境下微区拉伸试样材料力学性能测试方法的研究》（作者：朱勐晖；出版社：西北工业大学；时间：2006）中，作者提出了一种焊缝的微区试样加工及测试方法，试样加工方法见图1和图2，所述方法从焊缝结构上取出跨母材、焊缝、热影响区的坯料，沿壁厚方向进行分层，加工出包含母材、焊缝和热影响区的薄片，并将其厚度打磨至0.5mm，腐蚀出焊缝各微区结构之后，利用慢走丝切割出焊缝各区域的微区拉伸试样。该方法沿壁厚方向将焊缝切成薄片，实现了焊缝微区拉伸试样的加工，但是由于焊缝热影响区相对较窄，导致加工的试样测试段尺寸过小，试样表面处理对试验结果的误差影响较大，因此该方法试样加工过程繁琐，需要进行严格的表面处理。
具体实施方式
[0023] 下面结合具体实施例和附图对本发明进行详细阐述。
[0024] 本实施例是一种全自动焊环焊缝微区拉伸试样的加工方法。所述环焊缝为相同钢管对接环焊缝，对接钢管第一母材11为X80钢，第二母材12为X80钢，所述对接钢管外径为1422mm，厚度为25.7mm。
[0025] 本实施例的环焊缝微区拉伸试样设计和加工方法包括：试样加工段选取、微区划分、试样设计、试样加工及编号。
[0026] 步骤一：试样加工段选取。对环焊缝材料进行观察，标注出包含错边、咬边、焊瘤等几何缺陷的部位；对环焊缝进行无损检测，标注出表面裂纹、未焊透、未熔合等焊接缺陷部位。选取无缺陷部位作为试样加工段，试样加工段沿环焊缝环向长度为300mm。
[0027] 步骤二：焊缝微区划分。将选取的试样加工段垂直于环焊缝切割成长度为35mm的坯料，打磨所述坯料的两个切割面，使其光滑并互相平行。利用焊缝腐蚀液对一个端面进行腐蚀，显现出环焊缝的第一热影响区31、第二热影响区32、根焊层8、焊缝填充层7及焊缝盖面层6。
[0028] 步骤三：试样设计。测量得第一热影响区31和第二热影响区32的宽度均为2mm，长度均为32mm，测量得根焊5的高度为4mm，宽度为10mm。设计微区拉伸试样5几何形状为扁平的狗骨状，厚度为1mm，测试段的宽度为2mm，夹持段宽度为5mm，所述试样测试段和夹持段之间通过半径3mm的圆弧过渡。
[0029] 参考图5a和图5b，在坯料被腐蚀的端面用记号笔标记出微区拉伸试样5的排布。根据第一热影响区31、第二热影响区32、盖面层6、填充层7及根焊层8的尺寸，设计出每个区域可加工试样的数量为：第一热影响区31和第二热影响区32沿轮廓各加工6个试样，在盖面层6中加工3层，每层4个试样，在填充层7中加工6层，每层4个试样，在根焊层8中加工3层，每层
2个试样。
[0030] 步骤四：试样加工及编号。试样加工采用线切割方式，首先利用慢走丝方法将坯料的第一热影响区31和第二热影响区32沿轮廓整体切割下来，再将切割下来的热影响区薄片利用慢走丝线沿设计好的位置切割成微区拉伸试样5，对每个试样进行编号及位置标记。对剩余的坯料采用慢走丝进行切割，切割时，先将每一区域设计的网格形状每一层整体切割，再利用慢走丝切割出每一个试样；对每一个加工好的试样进行编号，并在图纸中标记出试样位置。
[0031] 本实施例同时还包含环焊缝微区拉伸力学性能测试方法。具体来说，首先根据微区拉伸试样5尺寸设计及加工微区拉伸试样夹具；在测试前，用标记笔在试样测试段两端各标记一个白色小点，作为光学引伸计的识别点，利用游标卡尺或千分尺测量试样标距段的宽度和厚度；实验时，将微区拉伸试样5夹持在拉伸实验机上，实验过程中利用光学引伸计对试样标距段的变形量进行监测记录，利用拉伸实验机对微区拉伸试样5两端的拉伸力进行检测记录。试验完成后，利用光学引伸计记录的试样变形数据及拉伸实验机记录的载荷数据，计算出微区拉伸试样的应力-应变曲线，进而得到焊缝各区域材料的弹性模量、屈服强度、屈服应变以及强度极限拉伸力学性能。
