專利名稱：一種測(cè)量焊管顯微硬度分布的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬管材成形研究技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種測(cè)量焊管顯微硬度分布的方法。
背景技術(shù)：
不同的焊接方法與工藝造成焊縫區(qū)及熱影響區(qū)的范圍大小和材料的特性不一樣， 并與母材的性能存在顯著差異。而硬度試驗(yàn)的結(jié)果能敏感的反映出焊縫、熱影響區(qū)和母材 區(qū)域的材料在化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)上的差異。因此，硬度是反映焊管力學(xué)性能中最常用的一 個(gè)性能指標(biāo)，而且焊管焊縫區(qū)、熱影響區(qū)和母材區(qū)的硬度分布還是準(zhǔn)確確定各區(qū)域的寬度 以及焊管本構(gòu)的基礎(chǔ)。而目前國(guó)內(nèi)外常用方法是用砂紙將焊管待測(cè)量表面打磨擦亮后，在管坯表面沿周 向粘貼一細(xì)條坐標(biāo)紙。用夾具夾好管件，放于試驗(yàn)臺(tái)上，從焊縫中線正中開(kāi)始測(cè)量硬度；然 后松開(kāi)夾具，將管坯旋轉(zhuǎn)Imm(通過(guò)對(duì)齊坐標(biāo)紙的Imm網(wǎng)格線來(lái)實(shí)現(xiàn))，再次夾緊管坯，再次 測(cè)量。如此重復(fù)，直至一周為止。這種方法存在如下的局限性(1)由于管坯的焊縫表面氧化層和雜質(zhì)的存在，可能使得試驗(yàn)測(cè)量到的硬度值包 含了焊縫表面氧化層和雜質(zhì)的硬度值，另外表面熱處理也會(huì)影響硬度值的測(cè)量。這樣直接 對(duì)管坯外表面進(jìn)行顯微硬度測(cè)量就無(wú)法真正反映整個(gè)焊縫區(qū)和熱影響區(qū)的顯微硬度特性， 而且焊縫的橫截面及管坯內(nèi)表面的顯微硬度都無(wú)法測(cè)量，因此該方法測(cè)量出的硬度不是很 準(zhǔn)確。(2)這種方法不適用于直徑大于60mm的管坯的硬度測(cè)量。因?yàn)楣芘鞒叽邕^(guò)大時(shí)， 裝夾后總高度可能會(huì)超過(guò)顯微硬度計(jì)工作臺(tái)的最大垂直伸縮范圍，從而導(dǎo)致無(wú)法對(duì)管坯進(jìn) 行顯微硬度測(cè)量。(3)由于管坯表面是一個(gè)圓弧面，當(dāng)壓頭壓入凸面時(shí)，對(duì)壓入力將有很少的側(cè)面支 撐，這樣，壓頭將會(huì)比具有相同硬度的金屬平面上壓入的更深。因此，對(duì)于凸面試樣，將會(huì)得 到較低的讀數(shù)。(4)由于管坯表面是一個(gè)圓弧面，顯微鏡不容易聚焦，導(dǎo)致測(cè)量的視場(chǎng)模糊，使之 精度降低。(5)試樣裝夾位置不精確或夾持不牢固，容易使得儀器的壓頭打出的壓痕不是規(guī) 則的正方形，使精度下降，甚至導(dǎo)致儀器無(wú)法測(cè)量。(6)坐標(biāo)紙的最小刻度為1mm，因此對(duì)于焊縫寬度小于Imm的窄焊縫管，采用這種 方法會(huì)焊縫區(qū)域的測(cè)量點(diǎn)過(guò)少甚至沒(méi)有，從而導(dǎo)致所得結(jié)果不準(zhǔn)確。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的或者測(cè)量精度低、不適用于管徑大于60mm的管坯顯 微硬度測(cè)量的不足，本發(fā)明提出了一種測(cè)量焊管顯微硬度分布的方法本發(fā)明通過(guò)在包含焊縫、熱影響區(qū)和部分母材的管坯局部橫截面試樣上進(jìn)行硬度 測(cè)試的方法，獲得各個(gè)區(qū)域的硬度分布的方法，其具體過(guò)程如下
第一步，切割試樣；采用線切割方法，以焊縫為中心在管坯表面截取弧形試樣，使得截下的試樣中包 含有焊縫、熱影響區(qū)及部分母材，形成了測(cè)試顯微硬度的混合試樣。第二步，制備試樣；采用鑲樣機(jī)鑲樣，使焊縫橫截面垂直于硬度計(jì)的壓頭，最后經(jīng)過(guò)打磨和拋光工序 后得到顯微硬度試樣。第三步，測(cè)量顯微硬度；在測(cè)量時(shí)，通過(guò)位于顯微硬度儀工作臺(tái)面上X方向和Y方向的螺旋測(cè)微儀，分別控 制顯微硬度儀在試樣焊縫的垂直方向和管坯厚度方向的位移。在母材區(qū)、熱影響區(qū)和焊縫 區(qū)分別采用不同的進(jìn)給間距進(jìn)行測(cè)量。在母材區(qū)，X方向每隔Imm進(jìn)行一次測(cè)量，同時(shí)在Y 方向上根據(jù)式(1)平均取Ii1個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。在焊縫區(qū)，X方向每隔0. Imm進(jìn)行一次測(cè)量，在 Y方向上根據(jù)式( 平均取 個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。在熱影響區(qū)，X方向每隔0.25mm進(jìn)行一次測(cè) 量，同時(shí)在Y方向上根據(jù)式C3)平均取n3個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。rii = int(t/0. 8)+1(1)n2 = int(t/0. 4)+1(2)n3 = int(t/0. 5)+1(3)在式⑴、⑵、⑶中，t為管材壁厚，其單位為mm，H1為母材區(qū)上沿Y方向上的測(cè) 量點(diǎn)數(shù)，n2為在焊縫區(qū)沿Y方向的測(cè)量點(diǎn)數(shù)；n3為在熱影響區(qū)沿Y方向的測(cè)量點(diǎn)數(shù)。第四步，確定顯微硬度分布；取X方向各個(gè)測(cè)量位置的平均值，得到焊縫區(qū)、熱影響區(qū)和母材區(qū)的顯微硬度分布。本發(fā)明提出了采用包含焊縫、熱影響區(qū)和部分母材的管坯局部橫截面試樣，并通 過(guò)打磨、拋光等工序制備顯微硬度試樣，還在焊縫、熱影響區(qū)及母材采用不同間距測(cè)量的方 法。所測(cè)得的硬度分布能真正反映整個(gè)焊縫區(qū)和熱影響區(qū)的顯微硬度特性，包括焊縫的橫 截面內(nèi)部及管坯內(nèi)表面的顯微硬度分布，從而準(zhǔn)確地測(cè)量得到焊縫區(qū)及熱影響區(qū)的平均顯 微硬度分布情況。解決了已有方法測(cè)量精度低，難于測(cè)量大直徑焊管和窄焊縫焊管各個(gè)區(qū) 域顯微硬度分布的困難。而且所得結(jié)果為確定焊縫、熱影響區(qū)和母材各個(gè)區(qū)域的寬度和面 積，進(jìn)而結(jié)合拉伸試驗(yàn)得到焊縫、熱影響區(qū)和母材各個(gè)區(qū)域的材料力學(xué)性能參數(shù)奠定了基 石出。


圖1是本發(fā)明提出的測(cè)量焊管顯微硬度分布的方法的流程圖；圖2是本發(fā)明的顯微硬度試樣切割位置示意圖；圖3是本發(fā)明的硬度測(cè)量示意圖；圖4是本發(fā)明得到的Q215焊管的顯微硬度分布；圖5是本發(fā)明得到的QSTE340焊管的顯微硬度分布。其中1.管坯 2.混合試樣 3.焊縫區(qū) 4.熱影響區(qū) 5.母材區(qū)
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一
本實(shí)施例是某鋼鐵公司生產(chǎn)的Q215焊管，焊接方法為高頻電阻焊。焊管規(guī)格為 Φ60 X 3. 3 (管材外徑為60mm，壁厚為3. 3mm)。采用的試驗(yàn)儀器為上海泰明光學(xué)儀器有限公 司生產(chǎn)的HXP-1000TM/IXD型顯微硬度計(jì)。具體操作如下第一步，切割試樣；如圖2所示，以焊縫為中心采用線切割方法在管坯1表面截取邊長(zhǎng)20mm的弧形試 樣，使得截下的橫截面包含焊縫、熱影響區(qū)及部分母材，以此作為顯微硬度混合試樣，然后 在焊縫的對(duì)稱面截取同樣大小的僅含母材的顯微硬度母材試樣。第二步，制備試樣；經(jīng)過(guò)鑲樣機(jī)鑲樣，使得焊縫橫截面垂直于硬度計(jì)的壓頭。依次用160、對(duì)0、600、 1000和1500的水砂紙對(duì)試樣進(jìn)行打磨，并在拋光機(jī)上拋光，得到本實(shí)施例鑲嵌好的弧形混 合試樣和弧形母材試樣。第三步，測(cè)量顯微硬度；如圖3所示，在測(cè)量時(shí)，通過(guò)位于顯微硬度儀工作臺(tái)面上X方向和Y方向的螺旋測(cè) 微儀，分別控制顯微硬度儀在試樣焊縫的垂直方向和管坯厚度方向的位移。在母材區(qū)，X方 向每隔Imm進(jìn)行一次測(cè)量，同時(shí)在Y方向上根據(jù)式(1)平均取5個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。在焊縫區(qū)， X方向每隔0. Imm進(jìn)行一次測(cè)量，在Y方向上根據(jù)式⑵平均取9個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。在熱影響 區(qū)，X方向每隔0. 25mm進(jìn)行一次測(cè)量，同時(shí)在Y方向上根據(jù)式( 平均取7個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。rii = int(t/0. 8)+1(1)n2 = int(t/0. 4)+1(2)n3 = int(t/0. 5)+1(3)在式(1)、(2)、(3)中，t為管材壁厚，其單位為mm，ni為母材區(qū)上沿Y方向上的測(cè) 量點(diǎn)數(shù)，n2為在焊縫區(qū)沿Y方向的測(cè)量點(diǎn)數(shù)；n3為在熱影響區(qū)沿Y方向的測(cè)量點(diǎn)數(shù)。第四步、獲取顯微硬度分布取X方向各個(gè)測(cè)量位置的平均值，得到Φ60Χ3.3的Q215焊管的焊縫區(qū)、熱影響 區(qū)和母材區(qū)的平均顯微硬度分布，如圖5所示。實(shí)施例2 本實(shí)施例是某鋼鐵公司生產(chǎn)的QSTE340焊管，焊接方法為高頻電阻焊。焊管規(guī)格 為Φ 78 X 2.7(管材外徑為78mm，壁厚為2. 7mm)。采用的試驗(yàn)儀器為上海泰明光學(xué)儀器有 限公司生產(chǎn)的HXP-1000TM/IXD型顯微硬度計(jì)。具體操作如下第一步、切割試樣如圖2所示，以焊縫為中心采用線切割方法在管坯1表面截取邊長(zhǎng)20mm的弧形試 樣，使得截下的橫截面包含焊縫、熱影響區(qū)及部分母材，以此作為顯微硬度混合試樣，然后 在焊縫的正對(duì)面截取同樣大小的僅含母材的顯微硬度母材試樣。第二步、制備試樣經(jīng)過(guò)鑲樣機(jī)鑲樣，使得焊縫橫截面垂直于硬度計(jì)的壓頭。依次用160、對(duì)0、600、 1000和1500的水砂紙對(duì)試樣進(jìn)行打磨，并在拋光機(jī)上拋光，得到本實(shí)施例鑲嵌好的弧形混 合試樣和弧形母材試樣。第三步、測(cè)量顯微硬度如圖3所示，在測(cè)量時(shí)，通過(guò)位于顯微硬度儀工作臺(tái)面上X方向和Y方向的螺旋測(cè)微儀，分別控制顯微硬度儀在試樣焊縫的垂直方向和管坯厚度方向的位移。在母材區(qū)，X方 向每隔Imm進(jìn)行一次測(cè)量，同時(shí)在Y方向上根據(jù)式(1)平均取4個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。在焊縫區(qū)， X方向每隔0. Imm進(jìn)行一次測(cè)量，在Y方向上根據(jù)式⑵平均取8個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。在熱影響 區(qū)，X方向每隔0. 25mm進(jìn)行一次測(cè)量，同時(shí)在Y方向上根據(jù)式( 平均取6個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。在式(1)、(2)、(3)中，t為管材壁厚，其單位為mm，ni為母材區(qū)上沿Y方向上的測(cè) 量點(diǎn)數(shù)，n2為在焊縫區(qū)沿Y方向的測(cè)量點(diǎn)數(shù)；n3為在熱影響區(qū)沿Y方向的測(cè)量點(diǎn)數(shù)。第四步、獲取顯微硬度分布取X方向各個(gè)測(cè)量位置的平均值，得到Φ78Χ2. 7的焊管得焊縫區(qū)、熱影響區(qū)和母 材區(qū)的平均顯微硬度分布，如圖5所示。rii = int(t/0. 8)+1n2 = int(t/0. 4)+1n3 = int(t/0. 5)+1
(1) ⑵
⑶
權(quán)利要求
1. 一種測(cè)量焊管顯微硬度分布的方法，其特征在于，測(cè)量焊管顯微硬度分布的具體過(guò) 程如下第一步，切割試樣；以焊縫為中心在管坯表面截取弧形試樣；截下的試樣中包含有焊 縫、熱影響區(qū)及部分母材，形成了測(cè)試顯微硬度的混合試樣；第二步，制備試樣；采用鑲樣機(jī)鑲樣，使焊縫橫截面垂直于硬度計(jì)的壓頭；經(jīng)過(guò)打磨和 拋光工序后得到顯微硬度試樣； 第三步，測(cè)量顯微硬度；在測(cè)量時(shí)，通過(guò)位于顯微硬度儀工作臺(tái)面上X方向和Y方向的螺旋測(cè)微儀，分別控制顯 微硬度儀在試樣焊縫的垂直方向和管坯厚度方向的位移；在母材區(qū)、熱影響區(qū)和焊縫區(qū)分 別采用不同的進(jìn)給間距進(jìn)行測(cè)量；在母材區(qū)，X方向每隔0. Imm進(jìn)行一次測(cè)量，同時(shí)在Y方 向上根據(jù)式(1)平均取Ii1個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量；在焊縫區(qū)，X方向每隔0. Imm進(jìn)行一次測(cè)量，在Y 方向上根據(jù)式( 平均取n2個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量；在熱影響區(qū)，X方向每隔0. 25mm進(jìn)行一次測(cè)量， 同時(shí)在Y方向上根據(jù)式C3)平均取113個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量， ri! = int(t/0. 8)+1(1)n2 = int(t/0. 4)+1(2)n3 = int(t/0. 5)+1(3)在式(1)、(幻、(；3)中，t為管材壁厚，其單位為mm，Ii1為母材區(qū)上沿Y方向上的測(cè)量點(diǎn) 數(shù)，n2為在焊縫區(qū)沿Y方向的測(cè)量點(diǎn)數(shù)；n3為在熱影響區(qū)沿Y方向的測(cè)量點(diǎn)數(shù)；第四步，確定顯微硬度分布；取X方向各個(gè)測(cè)量位置的平均值，得到焊縫區(qū)、熱影響區(qū) 和母材區(qū)的顯微硬度分布。
全文摘要
一種測(cè)量焊管顯微硬度分布的方法，通過(guò)在包含焊縫、熱影響區(qū)和部分母材的管坯局部橫截面試樣上進(jìn)行硬度測(cè)試的方法，獲得各個(gè)區(qū)域的硬度分布的方法。母材的管坯局部橫截面試樣中包含有焊縫、熱影響區(qū)及部分母材，形成了測(cè)試顯微硬度的混合試樣，并對(duì)該試樣制備、測(cè)量顯微硬度，最終確定顯微硬度分布。測(cè)量顯微硬度時(shí)，在母材區(qū)、熱影響區(qū)和焊縫區(qū)分別采用不同的進(jìn)給間距進(jìn)行測(cè)量。所測(cè)得的硬度分布反映了整個(gè)焊縫區(qū)和熱影響區(qū)的顯微硬度特性，從而準(zhǔn)確地測(cè)量得到焊縫區(qū)及熱影響區(qū)的平均顯微硬度分布情況，所得結(jié)果為確定焊縫、熱影響區(qū)和母材各個(gè)區(qū)域的寬度和面積，進(jìn)而結(jié)合拉伸試驗(yàn)得到焊縫、熱影響區(qū)和母材各個(gè)區(qū)域的材料力學(xué)性能參數(shù)奠定了基礎(chǔ)。
文檔編號(hào)G01N1/32GK102095654SQ20101053555
公開(kāi)日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2010年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月4日
發(fā)明者任寧, 楊合, 詹梅 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)