本发明专利技术提供一种熔化焊接微区力学性能的微压剪实验装置及测试方法，所述实验装置包括底座、下模、导向压头、压头和压杆；底座的中心设有一个凹台；底座上部设有两个导向柱，两个导向柱之间形成一个凹槽，凹槽与凹台连通；下模安装于凹台中，下模的顶面与凹槽的底部平齐；两个导向柱之间设有一个圆柱孔，导向压头安装于该圆柱孔中；导向压头中心设置有导向孔；压头和压杆安装于所述导向孔中。本发明专利技术的微压剪试验装置设计合理，能保证加载的准确性与精度，数据采集可靠，获得接头各区域的载荷-位移曲线准确；通过试验获得焊接接头母材区域的剪切强度和工程剪切应力-应变曲线，可将其扩展至接头的各个区域，从而获得接头的微区非均质力学性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及到工程应用领域中熔化焊接微区非均质力学性能测试领域，特别涉及一种测试金属材料熔化焊微区力学性能的微压剪试验方法。
技术介绍
在金属材料熔化焊接微区存在着力学性能的不均匀现象，导致焊接接头成为整个焊接结构中最脆弱的部位，这对于整个焊接件的寿命都有很大的影响。对金属材料熔化焊接微区(焊缝和热影响区)力学性能的准确评价一直受到广泛关注。由于焊接微区(焊缝和热影响区)的性能具有极大的力学不均匀性，采用传统的试验方法难以得到焊接接头不同区域材料的力学性能，无法对焊接接头的性能优化提供详细的力学性能参数。目前国外类似试验方法的装置因实验室不同而各不相同，但没有用于焊接微区力学性能试验与评价方法。试验所用的试样尺寸各不相同，但都为圆形薄片试样，一个试样 上仅能进行一次试验，同时试验中试样所发生的皆为拉伸变形。日本的Iwao Ikejima等人于 2003 年发表在 Dental Materials 上的文章(Shear punch strength and flexuralstrength of model composites with varying filler volume fraction, particle sizeand silanation)里试验所用的装置采用了螺纹连接压紧的压头，压头直径为￠3. 2mm,所用试样为直径45 9mm,厚度0. 5mm的圆形薄片试样；M. B. Toloczko等人在发表在Journalof Nuclear Materials 上的文章 Shear punch tests performed using a new lowcompliance test fixture中装置的压头直径0. 98mm,所用的试样尺寸为直径2. 8mm,厚度0. 25mm。这些试验装置一般造价较高，并且对试样的要求比较严格，试验操作不方便，同时会对试样造成一定的浪费。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种熔化焊接微区力学性能的微压剪测试方法，将测得的载荷-位移曲线及数据转化为该接头各个微区的力学性能；本方法操作简便，精确度较高，成本低。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案一种熔化焊接微区力学性能的微压剪实验装置，包括底座、下模、导向压头、压头和压杆；底座的中心设有一个凹台；底座上部设有两个导向柱，两个导向柱之间形成一个凹槽，凹槽与凹台连通；下模安装于凹台中，下模的顶面与凹槽的底部平齐；两个导向柱之间设有一个圆柱孔，导向压头安装于该圆柱孔中；导向压头包括直径较大的主体和直径比主体的直径小的头部和尾部，导向压头中心设置有导向孔；压头和压杆安装于所述导向孔中。本专利技术进一步的改进在于所述微压剪实验装置还包括上模，上模的中心孔套设于导向压头的尾部上，上模的外围壳体套设于导向柱外周。本专利技术进一步的改进在于待测试样放置于下模与导向压头的头部之间，导向压头的头部的直径与凹槽的宽度相同。本专利技术进一步的改进在于压头与压杆为分体结构；待测试样的焊缝宽度小于或等于2mm,压头直径为0. 5mm ;待测试样的焊缝宽度大于2mm,压头直径为2mm。本专利技术进一步的改进在于压头的材质为铬钨锰，压杆的材质为钢。本专利技术进一步的改进在于压头和下模之间的单边冲裁间隙很为0. 06_。本专利技术进一步的改进在于导向孔头部呈锥形，后部为圆柱形。一种熔化焊接微区力学性能的微压剪测试方法，包括以下步骤I)磨制试样在焊缝上截取矩形试样，试样包括焊缝热影响区和焊缝两侧的母材；然后对试样的表面按照从粗磨到细磨的方式进行打磨，采用水砂纸按照90#，400#，800#，1200#，1500#，2000#的顺序磨制试样，之后进行机械抛光呈镜面，再用腐蚀剂将焊缝轮廓腐蚀出来,形成待测试样；·2)微压剪试验将微压剪模具底座通过螺栓固定在万能试验机燕尾槽上，通过燕尾槽上的刻度尺进行对中；底座的中心设有一个凹台，底座上部设有两个导向柱，两个导向柱之间形成一个凹槽，凹槽与凹台连通；安装完底座之后，将下模放入底座中，下模中心的落料孔与底座中心的通孔对齐，下模的顶面与凹槽的底部平齐；之后将待测试样放置在下模上，使待测试样所要测量区域与下模的落料孔对中；再然后将导向压头放下，来固定待测试样；导向压头包括直径较大的主体和直径比主体的直径小的头部和尾部；导向压头中心设置有导向孔，该导向孔头部呈锥形，后部为圆柱形；底座的两个导向柱之间设有一个圆柱孔，该圆柱孔的直径与主体的直径相同，导向压头安装于两个导向柱之间的圆柱孔中；头部的直径与凹槽的宽度相同；之后将压头放入导向压头的导向孔中，根据待测焊缝宽度，焊缝宽度小于2mm,压头直径用0. 5mm ;焊缝宽度大于2mm,压头直径用2mm ;然后将压杆放入导向压头的导向孔中，之后将上模盖上；上模的中心孔套设于尾部上，上模的外围壳体套设于导向柱外周；通过万能试验机加载，通过压杆传递载荷到压头，通过压头来压剪试样，直到将试样压穿为止；利用万能试验机的载荷传感器和位移传感器来采集数据，获得焊接微区的载荷-位移曲线。本专利技术进一步的改进在于压头的材质为铬钨锰，压杆的材质为钢。本专利技术进一步的改进在于待测试样为低碳钢时，制备好的待测试样厚度为0. 8(T2. OOmm ;待测试样为中碳钢或不锈钢时，制备好的待测试样厚度为0. 75^1. 60mm ;待测试样为高碳钢时，制备好的待测试样厚度为0. 50、. 70mm ;待测试样为纯铝或黄铜时，制备好的待测试样厚度为I. 6(T2. 40mm ;待测试样为铝合金或铝青铜时，制备好的待测试样厚度为 I. 10^1. 70mm。本专利技术进一步的改进在于压头为平头或者半球头。微型压剪试验设备冲孔夹具部分具有如下特征第一，针对不同的焊接方式，本夹具配备压头尺寸不同的压头，其范围在ct0.3mm到￠2. Omm之间。不同焊接方式得到的焊接接头其焊缝和热影响区的宽窄是不同的，尤其是热影响区尺寸较小，对压头进行选择时可以按照热影响区的宽度作为依据，按照试验要求进行选取。表I中列出了集中常见焊接方法热影响区宽度。表I常见焊接方式的热影响区宽度各区平均尺寸(mm)热影响区焊接方式 ~过热区相变重结晶区—~不完全重结晶区总宽度(mm)焊条电弧焊2.2 3.01.5-2.52.2-3.06.0-8.5 埋!弧焊2.8 3.20.8 1.71.7-2.05.3-7.0二氧化碳气保焊2.0 3.02.0-3.01.5 3.05.5 9.0钨极惰性气保焊2.1-3.20.7-1.11.2-1.9 5-6.2r n 熔化极氩弧焊0.8-1.20.8-1.70.7-1.02.3-4.0 电渣焊18~205.0 7.02.0 3.025-30高能束流焊—— —0.05 0.75第二，压头形状有平头和半球头两种，如图3，这样便能实现对试样的两种不同的作用方式。平头压头与下模配合起来对试样施加剪切作用力，试样的破裂是剪切力造成的；半球头压头在试验时对试样形成了冲压拉深的作用，试样从中心被压破。第三，能够实现对试样的纯剪切作用，压头和下模之间的冲裁间隙很小，单边间隙仅为0. 06mm。在冲裁间隙过小时两者相互作用产生的变形为纯剪切。在国内别的类似的研究中所用的都是间隙较大的设备，不能对试样施加剪切作用。第四，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种熔化焊接微区力学性能的微压剪实验装置，其特征在于，包括底座（10）、下模（11）、导向压头（12）、压头（13）和压杆（14）；底座（10）的中心设有一个凹台（102）；底座（10）上部设有两个导向柱（101），两个导向柱（101）之间形成一个凹槽（100），凹槽（100）与凹台（102）连通；下模（11）安装于凹台（102）中，下模（11）的顶面与凹槽（100）的底部平齐；两个导向柱（102）之间设有一个圆柱孔，导向压头（12）安装于该圆柱孔中；导向压头（12）包括直径较大的主体（122）和直径比主体（122）的直径小的头部（121）和尾部（123），导向压头（12）中心设置有导向孔；压头（13）和压杆（14）安装于所述导向孔中。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张建勋，郭伟，牛靖，赵锡龙，朱彤，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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