一種高溫合金薄壁管材表面氣孔缺陷的模擬及實驗方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明是一種高溫合金薄壁管材表面氣孔缺陷的模擬及實驗方法，該方法用激光打孔來模擬表面氣孔，并采用無損、力學試驗和顯微分析的技術手段，對其進行驗證，屬于測量測試技術領域。
【背景技術】
[0002]對于管材的焊接過程，不可避免地會引入氣孔缺陷，許多研宄者采用拉伸試驗和疲勞試驗手段來測試管材的基本力學性能以模擬其實際的工況失效情況，文獻報道，在影響裂紋萌生的眾多因素中，氣孔的位置十分重要，焊接件的實際使用件的失效斷口或模擬性能試驗斷口觀察分析顯示，斷口的裂紋源區(qū)存在焊接氣孔，缺陷對焊接接頭的性能影響很大，氣孔越靠近試樣表面，疲勞裂紋越易從氣孔處萌生。對于壁厚< Imm的薄壁管材，表面氣孔缺陷的模擬和評定方法較厚壁管材難于實施。因此，模擬焊接件的表面氣孔，并對表面氣孔精確地評定，建立典型高溫合金薄壁焊接管材表面缺陷的定量評估方法，成為焊接管件試驗研宄的重要方面，目前此方面的評估方法未見詳細的報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明正是針對上述現(xiàn)有技術中存在的不足而設計提供了一種高溫合金薄壁管材表面氣孔缺陷的模擬及實驗方法，該模擬及實驗方法為精確地評定壁厚< 1_的薄壁管材的表面氣孔缺陷提供了技術上的基礎和支持，該方法采用激光打孔技術，在高溫合金管材表面打孔，對材料的氧化、變形、熱影響區(qū)均較小，而且對于在焊接管材這種傾斜面上加工孔，激光加工是一種可行的方法，然后對高溫合金管材進行拉伸試驗，建立孔的不同孔徑及數(shù)量與性能的關系，同時利用掃描電鏡觀察斷口形貌，通過以上試驗方法得到的結果，為高溫合金薄壁焊接管材表面氣孔缺陷的綜合評估提供依據(jù)。
[0004]本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的:
[0005]本發(fā)明技術方案提供了一種高溫合金薄壁管材表面氣孔缺陷的模擬及實驗方法，所述高溫合金薄壁管材的壁厚< 1mm，，所述高溫合金薄壁管材的制造按GB/T28295-2012完成，其特征在于:該方法的步驟如下:
[0006]步驟一、采用脈沖激光器，在不同的高溫合金薄壁管材試樣表面打孔來模擬氣孔缺陷，孔的數(shù)量為1、2或3個，孔的深度小于管材壁厚的1/4，孔垂直其所在位置處的管材切線方向，孔的垂直角度偏差小于0.02度，其中:
[0007]制備3個打孔數(shù)量為I個的管材試樣I，孔的直徑分別為管材壁厚的1/2、1/3、1/4 ；
[0008]制備3個打孔數(shù)量為2個的管材試樣II，2個孔的直徑相同，分別為管材壁厚的1/2、1/3、1/4，兩個孔位于垂直于管材中軸線的同一個橫截面上，兩孔的間距大于一倍孔的直徑并小于兩倍孔的直徑；
[0009]制備3個打孔數(shù)量為3個的管材試樣III，3個孔的直徑相同，分別為管材壁厚的1/2、1/3、1/4，相鄰兩孔間的距離相等，該距離大于一倍孔的直徑并小于兩倍孔的直徑；
[0010]管材試樣的長度為200mm，孔的加工位置在管材試樣長度的中心位置兩側(cè)3mm的范圍內(nèi)；
[0011]步驟二、參照GB/T 228-2002中的方法，在拉伸機上對管材試樣1、管材試樣II和管材試樣III進行拉伸試驗，拉伸試驗的斷裂位置要求在孔的加工位置范圍內(nèi)，記錄管材試樣斷裂后的屈服強度和抗拉強度；
[0012]步驟三、針對管材試樣1、管材試樣II和管材試樣III各自孔的不同直徑，繪制與屈服強度、抗拉強度的關系曲線；
[0013]針對管材試樣1、管材試樣II和管材試樣III中相同孔的直徑、不同孔的個數(shù)的管材試樣，繪制與屈服強度、抗拉強度的關系曲線；
[0014]步驟四、利用掃描電鏡觀察管材試樣1、管材試樣II和管材試樣III的斷口形貌，繪制管材試樣1、管材試樣II和管材試樣III各自孔的不同直徑與斷口源區(qū)、擴展區(qū)和瞬斷區(qū)面積的關系曲線；
[0015]再針對管材試樣1、管材試樣II和管材試樣III中相同孔的直徑、不同孔的個數(shù)的管材試樣，繪制與斷口源區(qū)、擴展區(qū)和瞬斷區(qū)面積的關系曲線。
【附圖說明】
[0016]圖1為實施例中管材試樣1、管材試樣II和管材試樣III中孔的不同直徑與抗拉強度的關系曲線
[0017]圖2為實施例中管材試樣1、管材試樣II和管材試樣III中相同孔的直徑、不同孔的個數(shù)的管材試樣與抗拉強度的關系曲線
[0018]圖3為實施例中管材試樣1、管材試樣II和管材試樣III各自孔的不同直徑與斷口瞬斷區(qū)面積的關系曲線
[0019]圖4為實施例中管材試樣1、管材試樣II和管材試樣III中相同孔的直徑、不同孔的個數(shù)的管材試樣與斷口瞬斷區(qū)面積的關系曲線
【具體實施方式】
[0020]以下將結合附圖和實施例對本發(fā)明技術方案作進一步地詳述:
[0021]試驗材料為變形高溫合金GH625，薄壁管材的厚度為1_，該高溫合金薄壁管材的制造按照GB/T28295-2012和QS/10-0406-2004完成，采用本發(fā)明所述的方法進行管材表面氣孔缺陷的模擬及實驗的步驟如下:
[0022]步驟一、采用脈沖激光器，高能量脈沖激光束通過聚焦系統(tǒng)聚焦在工件上，在焦點處產(chǎn)生高功率密度的光斑，該光斑照射到工件表面，使照射區(qū)溫度急劇升高，材料熔化、汽化形成孔，孔的大小由XY軸運動來決定，打孔深度通過調(diào)整激光單點能量，出光頻率以及重復次數(shù)綜合確定。利用電子軟件控制孔的寬度和深度。預制的表面氣孔缺陷內(nèi)壁應光滑，預制的表面氣孔內(nèi)應不存在裂紋等其它缺陷。
[0023]設計并控制激光打孔的尺寸和數(shù)量?？椎臄?shù)量為1、2或3個，孔的深度為0.25mm，孔垂直其所在位置處的管材切線方向，孔的垂直角度偏差小于0.02度。管材試樣的長度為200mm，管材外徑尺寸為18mm，孔的加工位置在管材試樣長度的中心焊縫區(qū)；其中:
[0024]制備3個打孔數(shù)量為I個的管材試樣I，孔的直徑分別為0.25mm,0.35mm,0.5mm ；
[0025]制備3個打孔數(shù)量為2個的管材試樣II，2個孔的直徑相同，分別為0.25mm、0.