CN103292649B - 落锤撕裂试验用测量尺及其落锤撕裂试样断口的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了落锤撕裂试验用测量尺及其落锤撕裂试样断口的测量方法，属于金属材料力学性能测试技术领域。该测量尺包括测量尺本体，所述测量尺本体上部画有横刻度线，所述测量尺本体中部画有纵刻度线，所述横刻度线与所述纵刻度线垂直，所述横刻度线两侧的下部画有网格。本测量尺可以快速、准确、直接测量落锤撕裂试样断口的各项特征尺寸。

Description

落锤撕裂试验用测量尺及其落锤撕裂试样断口的测量方法

技术领域

本发明属于金属材料力学性能测试技术领域，具体涉及一种落锤撕裂试验用测量尺及其落锤撕裂试样断口的测量方法。

背景技术

在石油、天然气管线建设的早期，发生了许多管线的脆断事故，为了防止脆性断裂事故的发生，人们进行了大量的研究工作。实践证明：为保证管线钢的安全可靠性，在管线的设计阶段需要考虑防止管线在正常运行时发生断裂；同时还要考虑管线一旦发生断裂，应在较短时间范围内止裂，以尽量减少损失。因此要求材料应具备足够低的韧脆转变温度。夏比摆锤冲击试验和落锤撕裂试验(DWTT)均是用来表征材料韧性的试验项目，主要用于金属材料的低温性能研究。虽然夏比摆锤冲击试验测量简单方便，试验成本也较低，但是对于高韧性、大壁厚的管线钢，普通夏比冲击试样尺寸过小，不能反映实际构件中的应力状态，而且结果分散性大，依据该方法所测得的韧脆转变温度，在一般情况下不能真正代表实物的脆化温度，其试验结果总是偏低。对于油气输送管而言，DWTT比夏比冲击试验更能接近材料的使用状态，反映其断裂的真实情况，20世纪60年代中期在API会议上提出并开始采用落锤撕裂试验方法对管线钢进行断口剪切面积的评定，断口剪切面积SA就成为防止管道脆性破坏的主要控制指标。

目前落锤撕裂(DWTT)试样的断口评定工作依据《GBT8363-2007铁素体钢落锤撕裂试验方法》的规定执行。试样尺寸为305mm×76.2mm×t(t为材料原壁厚)。在进行评定工作前，首先要确定评定断口的净截面(即断口的有效评判区)。需从锤击侧减去一个壁厚t的宽度作为锤击侧评定的起始t线(锤击侧t线1)，然后将缺口端减去缺口深度5mm和一个壁厚t，(如果壁厚t>19mm，只减去19mm)作为缺口端评定的起始t线(缺口侧t线2)，锤击侧t线1和缺口侧t线2之间的部分作为评定的有效区域，参照图1。《GBT8363-2007铁素体钢落锤撕裂试验方法》将落锤撕裂试样断口形貌分为两大类。如果断口呈现类似图1的形貌(韧性断口)，则需要测量锤击侧t线1和缺口侧t线2之间韧性断裂区3的宽度A和长度B。

厚度t<19.0mm的试样按公式(1)计算剪切面积百分数，厚度t≥19.0mm的试样按公式(2)计算剪切面积百分数。

$SA=\frac{(71-2t)t-0.75AB}{(71-2t)t}\&times;\mathrm{100...}\left(1\right)$

$SA=\frac{33t-0.75AB}{33t}\&times;\mathrm{100...}\left(2\right)$

公式(1)和公式(2)中

SA—剪切面积百分数，％；

t—试样厚度，单位为毫米(mm)

A—缺口侧t线2处韧性断裂区3宽度，单位为毫米(mm)；

B—试样韧性断裂区3长度，单位为毫米(mm)。

如果断口呈现类似图2的形貌(脆性断口)，则分别在锤击侧t线1、缺口侧t线2、以及两者之间的中点处测量脆性断裂区4的宽度A1，A2，A3，按公式(3)计算剪切面积百分数。

$SA=\frac{t-(A_1+A_2+A_3)/3}{t}*\mathrm{100...}\left(3\right)$

公式(3)中

A1—缺口侧t线2处脆性断裂区4宽度，单位为毫米(mm)；

A2—锤击侧t线1处脆性断裂区4宽度，单位为毫米(mm)

A3—锤击侧t线1和缺口侧t线2之间的中点处脆性断裂区4的宽度，单位为毫米(mm)。

测定落锤冲击试样剪切断面率SA的难点在断口净截面(即断口的有效评判区)的确定，在该区域内的晶状断口面积才能参与评定，在该区域之外的晶状断口面积不得参与评定。该区域实际上是锤击侧t线1和缺口侧t线2与试样厚度所围合成的四边形，但锤击侧t线1和缺口侧t线2是并不存在的虚拟线条，其位置与试样的厚度有关。在以往的工作中需要由人工用记号笔在试样的断口上画出三条辅助线，即缺口侧t线2；锤击侧t线1以及锤击侧t线1和缺口侧t线2之间的中点处辅助线。然后用卡尺测量特征尺寸A、B或者脆性断裂区的宽度A1，A2，A3。这种测量方法非常费时、费力，不仅无法保证判定质量，也严重影响到工作效率。此外断口的判定还可借助复杂的摄像系统和专用软件，但这种方式操作非常复杂，判定成本很高。

发明内容

本发明的目的是提供一种快速、准确、直接测量落锤撕裂试样断口的各项特征尺寸的测量尺以及落锤撕裂试样断口的测量方法。

本发明所采用的技术方案是：

落锤撕裂试验用测量尺，包括测量尺本体，所述测量尺本体上部画有横刻度线，所述测量尺本体中部画有纵刻度线，所述横刻度线与所述纵刻度线垂直，所述横刻度线两侧的下部画有网格。

进一步地，所述测量尺本体一侧画有缺口标志线。

更进一步地，所述缺口标志线距测量尺本体一侧边缘的距离为5mm。

进一步地，所述测量尺本体的测量区域长度为76.2mm，宽度为40mm。

优选地，所述测量尺本体为透明材料。

进一步地，所述横刻度线长度为60mm，所述横刻度线之间的间距为1mm，所述纵刻度线的长度为20mm，所述纵刻度线之间的间距为1mm。

进一步地，所述网格的长度为13mm，所述网格之间的间距为1mm。

优选地，所述网格的数量为两个。

落锤撕裂试样断口的测量方法，包括以下步骤：

(1)将落锤撕裂试验用测量尺覆盖在试样断口上面，试样的缺口根部与缺口标志线对齐；

(2)若试样断口类别属于脆性断口，利用左右两侧网格来确定试样t线的具体位置，然后在t线上测量出试样缺口侧t线处脆性断裂区宽度A1，以及锤击侧t线处脆性断裂区宽度A2。

(3)用纵刻度线测量出锤击侧t线和缺口侧t线之间的中点处脆性断裂区的宽度A3，然后根据公式计算出剪切断面率SA，所述t表示试样的厚度。

落锤撕裂试样断口的测量方法，包括以下步骤：

(1)将落锤撕裂试验用测量尺覆盖在试样断口上面，试样的缺口根部与缺口标志线对齐；

(2)若试样断口类别属于韧性断口，利用左右两侧网格确定t线的具体位置，然后用横刻度尺测量出韧性断裂区长度B。

(3)用纵刻度线测量出缺口侧t线处韧性断裂区宽度A，然后根据相应公式和 $SA=\frac{33t-0.75AB}{33t}\&times;100$ 计算出剪切断面率SA，所述t表示试样的厚度。

本发明具有以下优点：

该测量尺设计合理，操作简便，生产成本低。利用本测量尺上的横刻度线、纵刻度线以及网格可以快速对锤击侧t线和缺口侧t线进行定位，而无需画出辅助线。更为重要的是，该测量尺无需借助其他测量工具，利用该测量尺可以直接测量各种断口形貌的特征尺寸。该测量尺可以大大提高了断口判定的规范性，节省工作时间，具有很好的利用价值。

附图说明

图1为本发明典型的落锤撕裂试样断口韧性断裂形貌的结构示意图；

图2为本发明典型的落锤撕裂试样断口脆性断裂形貌的结构示意图；

图3为本发明实施例1提供的一种落锤撕裂试验用测量尺测量脆性断口的结构示意图；

图4为本发明实施例2提供的一种落锤撕裂试验用测量尺测量韧性断口的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

参照图1至图3，本发明实施例提供了一种落锤撕裂试验用测量尺，包括测量尺本体5，测量尺本体5的测量区域长度为76.2mm，宽度为40mm。测量尺本体5的厚度为1mm，材料为透明材料，长度76.2mm的尺寸与试样7断口长度完全一致。测量尺本体5上部画有横刻度线6，横刻度线长度为60mm，横刻度线之间的间距为1mm，横刻度线6用于测量图1中韧性断裂区3长度B。测量尺本体5中部画有纵刻度线8，横刻度线6与纵刻度线8垂直，纵刻度线8的长度为20mm，纵刻度线8之间的间距为1mm。纵刻度线8用于测量图2中锤击侧t线1和缺口侧t线2之间的中点处脆性断裂区的宽度A3或者图1中缺口侧t线2处韧性断裂区3宽度A。横刻度线6两侧的下部画有两个网格9，网格9的长度为13mm，网格9之间的间距为1mm。为了方便测量和观察，在网格9的下部标有相应的t线，本实施例中在6mm和19mm处分别标有t6和t19，t6表示该条直线距缺口根部(或锤击侧)的距离为6mm，标记t19表示该条直线距缺口根部(或锤击侧)的距离为19mm，网格9有两个作用：第一用于t线的定位，第二用于测量图2中t线处脆性断裂区4宽度A1和A2。测量尺本体5右侧画有缺口标志线10，缺口标志线10距测量尺本5体右侧边缘的距离为5mm，缺口标志线10用于试样缺口的定位。

使用时，将该测量尺覆盖在试样7断口上面，试样7缺口根部与缺口标志线10对齐。利用左右两侧网格9来确定试样t线的具体位置，然后在缺口侧t线上测量脆性断裂区的宽度A1，然后在锤击侧t线上测量脆性断裂区的宽度A2。最后用纵刻度线8测量出锤击侧t线1和缺口侧t线2之间的中点处脆性断裂区的宽度A3，然后根据相应公式计算出剪切断面率SA。

本实施例中拿试样7的厚度14mm作为例子，其断口类别属于脆性断口。可以首先利用左右两侧网格9确定t线的具体位置为t14，然后在t14线条上侧量出缺口侧t线2处脆性断裂区4宽度A1，以及锤击侧t线1处脆性断裂区4宽度A2。最后用纵刻度线8测量出锤击侧t线1和缺口侧t线2之间的中点处脆性断裂区4的宽度A3，然后根据相应公式计算出剪切断面率SA。

实施例2

参照图1、图2和图4，本实施例中拿试样7的厚度16mm作为例子，其断口类型属于韧性断口。可以首先利用左右两侧网格9确定t线的具体位置为t16，然后用横刻度线6测量出韧性断裂区3的长度。最后用纵刻度线8测量出缺口侧t线2处韧性断裂区3的宽度，然后根据相应公式计算出剪切断面率SA。

该测量尺设计合理，操作简便，生产成本低。可以快速对锤击侧t线1和缺口侧t线2进行定位，而无需画出辅助线。更为重要的是，该测量尺无需借助其他测量工具，利用该测量尺可以直接测量断口的各项特征尺寸。该测量尺可以大大提高了断口判定的规范性，节省工作时间，具有很好的利用价值。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.落锤撕裂试验用测量尺，其特征在于，包括测量尺本体，所述测量尺本体上部画有横刻度线，所述测量尺本体中部画有纵刻度线，所述横刻度线与所述纵刻度线垂直，所述横刻度线两侧的下部画有网格；所述测量尺本体一侧画有缺口标志线；所述网格的长度为13mm，所述网格之间的间距为1mm；所述缺口标志线距测量尺本体一侧边缘的距离为5mm；所述测量尺本体的测量区域长度为76.2mm，宽度为40mm；所述测量尺本体为透明材料；所述网格的数量为两个。

2.根据权利要求1所述的落锤撕裂试验用测量尺，其特征在于，所述横刻度线长度为60mm，所述横刻度线之间的间距为1mm，所述纵刻度线的长度为20mm，所述纵刻度线之间的间距为1mm。

3.落锤撕裂试样断口的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将权利要求1或2所述的落锤撕裂试验用测量尺覆盖在试样断口上面，试样的缺口根部与缺口标志线对齐；

(2)若试样断口类别属于脆性断口，利用左右两侧网格来确定试样t线的具体位置，然后在两条t线上分别测量缺口侧脆性断裂区宽度A1，以及锤击侧脆性断裂区宽度A2；

(3)用纵刻度线测量出锤击侧t线和缺口侧t线之间的中点处脆性断裂区的宽度A3，然后根据公式计算出剪切断面率SA，所述t表示试样的厚度。

4.落锤撕裂试样断口的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将权利要求1或2所述的落锤撕裂试验用测量尺覆盖在试样断口上面，试样的缺口根部与缺口标志线对齐；

(2)若试样断口类别属于韧性断口，利用左右两侧网格确定t线的具体位置，然后用横刻度尺测量出韧性断裂区长度B；

(3)用纵刻度线测量出缺口侧t线处韧性断裂区宽度A，然后根据相应公式 $SA=\frac{(71-2t)t-0.75AB}{(71-2t)t}\&times;100$ 和 $SA=\frac{33t-0.75AB}{33t}\&times;100,$ 计算出剪切断面率SA，所述t表示试样的厚度。