CN103486985A - 一种落锤撕裂试样断口剪切面积检测方法 - Google Patents

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苏洪英
吕丹
孙绍广
陈洪凯
王超逸
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Abstract

本发明提供一种落锤撕裂试样断口剪切面积检测方法，将DWTT试样冲断后，用相机对DWTT试样断口进行拍照成像，然后再用图像分析软件计算净截面和脆性断裂区的面积，从而计算出断口剪切面积百分数。本发明简单易行，不需购置任何设备和资金投入，且可在图像分析软件中对脆性断裂区任意放大，特别是比较小的脆性断裂区，便于辨识脆性断裂区的边界，从而保证了脆性断裂区面积的准确性。采用在图像分析软件界面中量取试样图片缺口根部的厚度确定放大倍数的方法，可确保净截面面积的准确性，避免试样冲断后锤击侧呈现不规则的剪切唇，保证净截面面积计算的准确性，从而为管线钢管控制和预测断裂提供科学可靠的检测数据依据。

Description

一种落锤撕裂试样断口剪切面积检测方法
技术领域
本发明属于检化验方法领域，特别涉及一种用图像分析软件评定落锤撕裂试样断口剪切面积百分数的检测方法。
背景技术
由于落锤撕裂试验(简称DWTT)的测试方法更接近材料的使用状态，反映其断裂的真实情况，因此DWTT试样断口的评定结果被广泛应用于对管线钢管的断裂进行控制和预测，并作为衡量管线钢管抵抗脆性开裂能力的韧性指标之一，所以断口评定结果的准确性具有非常重要的意义。
DWTT试样断口的评定结果是指测量净截面上的剪切面积百分数。对于厚度t≤19.0mm的试样，净截面是从试样缺口根部和锤击侧各扣除一个试样厚度；对于厚度t>19. 0mm的试样，净截面是从试样缺口根部和锤击侧各扣除19.0mm后的截面。从净截面面积中减去脆性断裂区面积，再除以净截面面积，并用百分数表示即为剪切面积百分数，用SA%来表示。
依据GB/T 8363-2007《铁素体钢落锤撕裂试验方法》，目前评定DWTT试样断口的剪切面积百分数有四种方法：
1、求积仪：一般用于仲裁或有争议及用其他方法难以确定的情况。求积仪是一种测量图形面积的仪器，一台能进行面积求和的电子求积仪大约1.2万左右。试样冲断后，将直尺与落锤试样断口平行放置，用数码相机进行拍照，然后打印出图纸，在图纸上根据试样的厚度和直尺的刻度确定净截面，然后将求积仪的针尖沿净截面内各个脆性断裂区的轮廓移动一周，从而求出所有脆性断裂区的面积，再用求积仪沿净截面轮廓移动一周，可求出净截面面积。用净截面面积减去所有脆性断裂区的面积，再除以净截面面积，即可求出SA%。
求积仪检测方法的缺点是：一般直尺分度值为1mm，最小分辨力为0.5mm，在图纸上很难保证试样厚度的准确性，这样对于净截面的划分会有误差，导致净截面面积计算会有偏差，同时拍照时也很难保证直尺与落锤试样断口平行，也同样会影响净截面面积计算准确性。而最大误差来源是对于图上小于100mm2的图斑，一般不宜用求积仪计算，小于500mm2的图斑，用求积仪测量也不十分准确。而平时检测中都是用A4纸打印断口照片，实际工作中脆性断裂区面积小于500 mm2的很多，小于100mm2的也经常出现，从而影响了测试结果准确性。并且使用求积仪时对于同一个图形必须独立测量两次求取平均值，拍照时要尽力确保直尺与落锤试样断口平行，工作效率低。另外还需投入资金购买求积仪，并且还浪费纸张。
2、将击断的试样断口与一组和试样厚度相同且经过标定的断口照片或实物断口相对比，得到剪切面积百分数。这种方法需要投入大量的人力、物力，实际工作中不可行。
3、手工测量：根据试样的厚度，用游标卡尺或直尺确定净截面，然后用游标卡尺或直尺测量净截面内各个脆性断裂区的宽度、长度或直径，根据脆性断裂区的几何形状，近似看成是矩形、三角形、梯形或圆形来计算脆性断裂区的实际面积。将净截面内不连续的所有脆性断裂区的先独立计算，再累加。用净截面面积减去所有脆性断裂区的面积，再除以净截面面积，可求得SA%。此种检测方法比较粗糙，测试结果不准确，重复性差。
4、断口图像分析仪：一台断口图像分析仪大约12万元。断口图像分析仪通过CCD 摄像头，将试样的形貌特征采集到计算机，由计算机进行数据的分析与处理，同时将试样的照片显示到屏幕，可由操作者进行分析测试SA%。
试验时，将DWTT试样缺口朝左放置在载物台上，放平夹稳，调节主机架的上下滑动旋钮、调节镜头，得到清晰和大小合适的图像后，将试样移走，放上高度相同的标尺，采集到标尺图像。在对话框中输入标尺的实际值，并在图像上选取同样距离的两点，程序自动计算出像素和实际标尺值的关系。然后，再将所要测量的断口试样置于载物台上，点检“图像采集”按钮，调节光圈和微调焦距按钮，得到理想的图像后，点击“采集中止”按钮，点击“边界确认”按钮，在缺口根部左上点按左键，鼠标置右下点同时按下右键，立即出现两条t线，确定净截面，在两条t现之间画出晶状区，按下“测量”即可求出SA%。
此种方法的缺点是：GB/T 8363-2007规定DWTT试样长度为305mm±5mm，公差较大，一般用锯床加工至长度尺寸。试样冲断后，由于试样高度不等，最大高度差为5mm，这样做系列DWTT试验的断口分析时，用同一个标尺标定几何尺寸很难保证测试的准确性。另外由于试样冲断后仅缺口处未发生塑性变形，其余部分均发生了塑性变形，特别是锤击侧呈现不规则的剪切唇，边界很难确认。而该软件用缺口根部左上点按左键，鼠标置右下点同时按下右键来确定净截面区域，净截面面积计算偏差较大。还有，图像在电脑上不能放大，对于脆性断裂区面积较小时，画出的区域偏差较大，从而影响测试结果的准确性。再有还需投入大量资金购买断口图像分析仪。
发明内容
本发明的目的在于克服现有分析方法的局限性，进而提供一种简单实用，无需投入资金，便可快速准确地计算出DWTT试样断口的剪切面积百分数，为控制和预测管线钢管断裂提供科学可靠数据依据的检测方法。
为此，本发明所采取的解决方案是：
一种落锤撕裂试样断口剪切面积检测方法，其特征在于，用相机对DWTT试样断口进行拍照成像，然后再用图像分析软件计算净截面和脆性断裂区的面积，从而计算出断口剪切面积百分数；其具体检测步骤为：
1、在试样缺口附近三个位置上用游标卡尺测量试样厚度t和宽度w，取三次测量的平均值作为试样厚度和宽度；
2、将试样冲断，用游标卡尺测量缺口深度h，并用相机对DWTT试样断口进行拍照成像；
3、确定放大倍数：在图像分析软件界面中打开断口图片，在图像分析软件界面中量取试样图片缺口根部的厚度tp，则放大倍数n=tp/t；
4、确定断口净截面：在图像分析软件界面中，从试样断口图片的缺口根部最上方量取一个试样厚度t为净截面宽度的开始点；从缺口根部同一点量取（w-t-h）为净截面宽度的终止点，两点之间的部分为净截面的宽度尺寸，画出净截面；对于厚度t>19. 0mm的试样，将厚度t换成19mm；
5、确定脆性断裂区：在图像分析软件界面中圈定所有脆性断裂区；
6、计算剪切面积百分数：利用图像分析软件求出所有脆性断裂区的累积面积和净截面面积；用净截面面积减去所有脆性断裂区的面积，再除以净截面面积，即可求出剪切面积百分数SA%。
本发明的有益效果为：
本发明采用DWTT试样断口成像的方法，简单易行，不需购置任何设备和资金投入，且可在图像分析软件中对脆性断裂区任意放大，特别是比较小的脆性断裂区，便于辨识脆性断裂区的边界，从而保证了脆性断裂区面积的准确性。采用在图像分析软件界面中量取试样图片缺口根部的厚度确定放大倍数的方法，可以确保净截面面积的准确性，避免DWTT试样冲断后锤击侧呈现不规则的剪切唇，锤击侧边界很难确认的问题，保证净截面面积计算的准确性，从而为管线钢管控制和预测断裂提供科学可靠的检测数据依据。
附图说明
图1是断口净截面确定示意图。
具体实施方式
1、在试样缺口附近三个位置上用分辨力为0.01mm游标卡尺测量出试样厚度t和宽度w，取三次测量的平均值作为试样厚度和宽度。
2、将试样冲断，用游标卡尺测量缺口深度h，并用数码相机对DWTT试样断口进行拍照成像。
3、在AutoCAD界面中量取试样图片缺口根部的厚度tp，则放大倍数n=tp/t。
4、在AutoCAD界面中，从试样图片缺口根部最上方量取一个试样厚度t为净截面宽度的开始点；从缺口根部同一点量取（w-t-h）为净截面宽度的终止点，两点之间的部分为净截面的宽度尺寸，画出净截面；
对于厚度t>19. 0mm的试样，将厚度t换成19mm即可。
5、在AutoCAD界面中，点击工具条上的“多段线”，用“多段线”命令圈定所有脆性断裂区。
6、点击工具条上的“图案填充”，一次性将所有脆性断裂区进行“图案填充”，然后右击“特性”，可求出所有脆性断裂区的累积面积；再选中净截面，右击“特性”，可求出净截面面积；用净截面面积减去所有脆性断裂区的面积，再除以净截面面积，即可求出SA%。
当然，也可以通过其他的图像分析软件计算DWTT试样的剪切面积百分数。

Claims (1)

1.一种落锤撕裂试样断口剪切面积检测方法，其特征在于，用相机对DWTT试样断口进行拍照成像，然后再用图像分析软件计算净截面和脆性断裂区的面积，从而计算出断口剪切面积百分数；其具体检测步骤为：
（1）、在试样缺口附近三个位置上用游标卡尺测量试样厚度t和宽度w，取三次测量的平均值作为试样厚度和宽度；
（2）、将试样冲断，用游标卡尺测量缺口深度h，并用相机对DWTT试样断口进行拍照成像；
（3）、确定放大倍数：在图像分析软件界面中打开断口图片，在图像分析软件界面中量取试样图片缺口根部的厚度tp，则放大倍数n=tp/t；
（4）、确定断口净截面：在图像分析软件界面中，从试样断口图片的缺口根部最上方量取一个试样厚度t为净截面宽度的开始点；从缺口根部同一点量取（w-t-h）为净截面宽度的终止点，两点之间的部分为净截面的宽度尺寸，画出净截面；对于厚度t>19. 0mm的试样，将厚度t换成19mm；
（5）、确定脆性断裂区：在图像分析软件界面中圈定所有脆性断裂区；
（6）、计算剪切面积百分数：利用图像分析软件求出所有脆性断裂区的累积面积和净截面面积；用净截面面积减去所有脆性断裂区的面积，再除以净截面面积，即可求出剪切面积百分数SA%。
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