CN109211695A - 一种金属管材断裂韧度的检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种金属管材断裂韧度的检测方法及系统，属于断裂韧度测试技术领域。本发明根据夏比V型试样在动态冲击试验中的裂纹扩展特性，将待测金属管材制作成夏比V型试样，建立夏比V型试样在裂纹扩展过程中施力点载荷与施力点位移的对应关系，结合三点弯标准试样SEB在静态冲击试验中的裂纹扩展特性，建立夏比V型试样在裂纹扩展过程中施力点载荷与实际裂纹长度的对应关系，进而确定出裂纹扩展过程中的应力强度因子与实际裂纹长度的对应关系，最终确定出金属管材的断裂韧度值。本发明得到的检测结果与双悬臂梁试样DCB测试的结果一致，且整个检测过程采用的是循环迭代的数学模型处理方式，所需参数少，计算过程简单，测量误差小。

Description

一种金属管材断裂韧度的检测方法及系统

技术领域

本发明涉及一种金属管材断裂韧度的检测方法及系统，属于断裂韧度测试技术领域。

背景技术

工业生产中应用大量金属管材作为流动介质的传输通道，金属管材随着服役时间的增加，面临的安全风险逐渐增大，其中金属管材开裂带来的安全隐患逐步显现，尤其涉及高含硫天然气等危险介质传输的金属管材一旦开裂，有可能引发严重的安全事故，因此，研究金属管材的抗开裂性能十分必要，有助于明确金属管材运行状态，为后续风险分析和研究打下坚实的基础。

工程结构中有一种缺陷是裂纹，即为有一定长度而其端点为极其尖锐的裂缝。弹性分析表明，一旦确定了裂纹顶端附近区域内某一点的位置，应力强度因子K便确定了该点处的应力、位移及应变。应力强度因子K则是构件几何、裂纹尺寸与外载荷的函数，它表征了裂纹尖端所受载荷和变形的强度，是裂纹扩展趋势或者裂纹扩展推动力的度量。应力强度因子K随着裂纹长度及外加应力的变化而变化。在弹塑性条件下，当应力场强度因子K增大到某一临界值，裂纹便失稳扩展而导致材料断裂，这个临界或失稳扩展的应力场强度因子即断裂韧度K_IC，它反映了材料抵抗裂纹失稳扩展即抵抗脆断的能力。

金属管材的抗开裂性能与其断裂韧度紧密相关，断裂韧度是材料的一个特性常数，国家标准GB4161-2007《金属材料平面应变断裂韧度K_IC试验方法》给出了断裂韧度的测试方法，该标准中将金属管材加工成三点弯标准试样SEB和标准紧凑拉伸试样CT。另外，还有一些国内外测定金属管材断裂韧度的相关标准，将金属管材加工成双悬臂梁试样DCB。断裂韧度测试标准中对试样的尺寸有严格限制，否则测定数值将偏离材料断裂韧度K_IC真值，对于普通碳钢，除双悬臂梁试样DCB壁厚为固定值9.53mm(±0.05mm)以外，其余方法要求壁厚大于25mm，近年来新应用的高强度钢，通过相关标准的公式计算，甚至要求壁厚大于40mm，对壁厚10mm-25mm的金属管材，双悬臂梁试样DCB的测试方法是国际公认的测定断裂韧度的方法，但双悬臂梁试样DCB加工复杂，试样加工精度要求高，造成成本高，试验周期比较长，不适用于大批次金属管材的测定和优选，因此需要一种能够简单、廉价和快速测定金属管材断裂韧度的方法。

冲击功也是描述材料韧性的重要参量之一，是由夏比冲击试验获得，国家标准GB/T19748-2005《钢材夏比V型缺口摆锤冲击试验仪器试验方法》详细规定了试验过程，试验机的摆锤从起始高度落下冲击夏比V型试样，冲击过程中的载荷、位移、冲击功等数据由电脑系统记录形成曲线。冲击功可以分解为起裂功和裂纹扩展功，对于夏比V型试样，试样厚度为10mm，预制裂纹是夹角为45°的V形缺口，底面的曲率半径为0.25mm，并不是真正意义的裂纹，因此，在冲击过程中，V形缺口首先发生材料的屈服，然后才会出现开裂，起裂功表征了这一过程，当裂纹出现后，试样的断裂就进入了裂纹扩展过程，此时冲击消耗的能量对应的是裂纹扩展功，裂纹扩展功表征了材料从出现裂纹到完全断裂的裂纹扩展过程，更客观的评价了金属管材抵抗裂纹扩展的能力，因此，在评价金属管材断裂性能时需要区分起裂功和裂纹扩展功。

申请号为201610559116.8的发明专利申请公开了一种小直径厚壁金属管材的断裂韧度测试方法，该方法采用C型管段试样，测定初始裂纹长度和终止裂纹长度，依据J阻力曲线，通过J积分和应力强度因子K之间的相互转换关系式来求解断裂韧度值，但该文件使用显微镜测量裂纹长度，会造成人为误差，且对于壁厚较小的试样，试样的裂纹尖端易发生大范围屈服，采用J-K的关系式求解断裂韧度值存在误差较大的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种金属管材断裂韧度的检测方法，以解决目前金属管材断裂韧度检测中存在的检测周期长、误差大的问题；本发明还提供了一种金属管材断裂韧度的检测系统。

本发明为解决上述技术问题而提供一种金属管材断裂韧度的检测方法，该检测方法包括以下步骤：

1)将待测的金属管材制作成夏比V型试样，对夏比V型试样进行动态冲击试验，建立夏比V型试样在裂纹扩展中施力点载荷F与施力点位移S的对应关系；

2)根据施力点载荷F与施力点位移S的对应关系，对夏比V型试样进行静态冲击实验，建立夏比V型试样在裂纹扩展中施力点载荷F与裂纹扩展量Δa的对应关系；

3)根据夏比V型试样在裂纹扩展过程中施力点载荷F与裂纹扩展量Δa的对应关系，构建依据夏比V型试样在动态冲击试验中的裂纹扩展过程中的应力强度因子K与实际裂纹长度a的对应关系，按照设定标准以设定的裂纹扩展量对应的应力强度因子确定为断裂韧度值。

进一步地，所述步骤2)中施力点载荷F与裂纹扩展量Δa的对应关系的建立过程如下：

A.以步骤1)中的最大载荷为起始点，按照最大施力点位移S的设定位移步长为增量，依次确定各施力点位移为S₁,S₂,S₃,S₄,…S_i,…S_n；

B.确定步骤1)中的夏比V型试样在裂纹扩展过程中的各施力点位移S_i对应的初始裂纹长度a_0i；

C.依据步骤B确定的初始裂纹长度，确定夏比V型试样在裂纹扩展过程中的各施力点位移S_i之间对应的裂纹扩展量Δa_i；

D.利用拟合法构建夏比V型试样在裂纹扩展过程中各施力点位移S_i与裂纹扩展量Δa_i之间的对应关系；

E.根据步骤1)确定的施力点载荷F与施力点位移S的对应关系和步骤D中构建的各施力点位移S_i与裂纹扩展量Δa_i之间的对应关系，确定施力点载荷F与裂纹扩展量Δa的对应关系。

进一步地，所述步骤3)中应力强度因子K与实际裂纹长度a的对应关系的构建过程如下：

a.根据步骤D中确定的夏比V型试样在裂纹扩展过程中各施力点位移S_i与裂纹扩展量Δa_i之间的对应关系，确定夏比V型试样在裂纹扩展过程中各施力点位移S_i对应的实际裂纹长度a_i；

b.根据各施力点位移S_i与实际裂纹长度a_i的对应关系，确定夏比V型试样在裂纹扩展过程中施力点载荷F与实际裂纹长度a的对应关系；

c.根据应力强度因子K与试样几何尺寸、裂纹实际长度与施力点载荷的关系，以及施力点载荷F与实际裂纹长度a的对应关系，确定裂纹扩展过程中的应力强度因子K与实际裂纹长度a的对应关系。

进一步地，所述步骤c中确定的应力强度因子K与实际裂纹长度a的对应关系如下：

L为跨距，单位为mm；W为试样宽度，单位为mm；B为试样厚度，单位为mm；F为施力点载荷，单位为kN；a为裂纹实际长度，单位为mm。

进一步地，所述步骤B是按照三点弯标准试样在静态冲击试验中的裂纹扩展特性来确定夏比V型试样各施力点位移S_i对应的初始裂纹长度a_0i的。

进一步地，所述步骤1)中的动态冲击试验是指冲击速度为5.24m/s，步骤B中的静态冲击试验是指冲击速度为1.7×10^-5m/s。

本发明还提供了一种金属管材断裂韧度的检测系统，该检测系统包括处理器、存储器及存储在所述存储器上并在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器与所述存储器相耦合，所述处理器执行所述计算机程序以实现以下指令：

1)对制作成夏比V型试样的待测金属管材进行动态冲击试验，建立夏比V型试样在裂纹扩展中施力点载荷F与施力点位移S的对应关系；

2)根据施力点载荷F与施力点位移S的对应关系，对夏比V型试样进行静态冲击实验，建立夏比V型试样在裂纹扩展中施力点载荷F与裂纹扩展量Δa的对应关系；

3)根据夏比V型试样在裂纹扩展过程中施力点载荷F与裂纹扩展量Δa的对应关系，构建依据夏比V型试样在动态冲击试验中的裂纹扩展过程中的应力强度因子K与实际裂纹长度a的对应关系，按照设定标准以设定的裂纹扩展量对应的应力强度因子确定为断裂韧度值。

进一步地，所述步骤2)中施力点载荷F与裂纹扩展量Δa的对应关系的建立过程如下：

A.以步骤1)中的最大载荷为起始点，按照最大施力点位移S的设定位移步长为增量，依次确定各施力点位移为S₁,S₂,S₃,S₄,…S_i,…S_n；

B.确定步骤1)中的夏比V型试样在裂纹扩展过程中的各施力点位移S_i对应的初始裂纹长度a_0i；

C.依据步骤B确定的初始裂纹长度，确定夏比V型试样在裂纹扩展过程中的各施力点位移S_i之间对应的裂纹扩展量Δa_i；

D.利用拟合法构建夏比V型试样在裂纹扩展过程中各施力点位移S_i与裂纹扩展量Δa_i之间的对应关系；

E.根据步骤1)确定的施力点载荷F与施力点位移S的对应关系和步骤D中构建的各施力点位移S_i与裂纹扩展量Δa_i之间的对应关系，确定施力点载荷F与裂纹扩展量Δa的对应关系。

进一步地，所述步骤3)中应力强度因子K与实际裂纹长度a的对应关系的构建过程如下：

a.根据步骤D中确定的夏比V型试样在裂纹扩展过程中各施力点位移S_i与裂纹扩展量Δa_i之间的对应关系，确定夏比V型试样在裂纹扩展过程中各施力点位移S_i对应的实际裂纹长度a_i；

b.根据各施力点位移S_i与实际裂纹长度a_i的对应关系，确定夏比V型试样在裂纹扩展过程中施力点载荷F与实际裂纹长度a的对应关系；

c.根据应力强度因子K与试样几何尺寸、裂纹实际长度与施力点载荷的关系，以及施力点载荷F与实际裂纹长度a的对应关系，确定裂纹扩展过程中的应力强度因子K与实际裂纹长度a的对应关系。

进一步地，所述步骤c中确定的应力强度因子K与实际裂纹长度a的对应关系如下：

L为跨距，单位为mm；W为试样宽度，单位为mm；B为试样厚度，单位为mm；F为施力点载荷，单位为kN；a为裂纹实际长度，单位为mm。

本发明的有益效果是:本发明根据夏比V型试样在动态冲击试验中的裂纹扩展特性，将待测金属管材制作成夏比V型试样，建立夏比V型试样在裂纹扩展过程中施力点载荷与施力点位移的对应关系，结合三点弯标准试样SEB在静态冲击试验中的裂纹扩展特性，建立夏比V型试样在裂纹扩展过程中施力点载荷与实际裂纹长度的对应关系，进而确定出裂纹扩展过程中的应力强度因子与实际裂纹长度的对应关系，最终确定出金属管材的断裂韧度值。本发明得到的检测结果与双悬臂梁试样DCB测试的结果一致，且整个检测过程采用的是循环迭代的数学模型处理方式，所需参数少，计算过程简单，测量误差小。

附图说明

图1-a是夏比V型缺口冲击试验图；

图1-b是夏比V型缺口冲击试验的原理图；

图2是发明实施例中摆锤冲击夏比V型试样的施力点载荷与施力点位移的关系曲线图；

图3本发明实施例中裂纹扩展量与施力点位移的关系曲线图；

图4是本发明实施例中应力强度因子与裂纹扩展量的关系曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。

本发明金属管材断裂韧度检测方法的实施例

本发明的韧度检测方法首先利用夏比冲击试验获取计算应力强度因子K所需的参数，然后通过三点弯标准试样SEB求解断裂韧度的公式结合循环迭代的数学模型处理方法，从而得到金属管材的断裂韧度。该方法的具体实现过程如下：

1.依据夏比V型试样在动态冲击试验中的裂纹扩展特性，建立夏比V型试样在裂纹扩展过程中施力点载荷F与施力点位移S的对应关系。

利用钢材夏比V型缺口摆锤冲击试验制作夏比V型试样，将所选金属管材制作三个夏比V型试样，编号为1、2、3，尺寸为55mm×10mm×10mm；利用标准示波冲击试验机对夏比V型试样做冲击试验，建立裂纹扩展过程中所对应的施力点载荷F和施力点位移S的对应关系，采用ZBC2302-D型示波冲击试验机(MTS中国有限公司)，冲击速度5.24m/s，在25℃下进行冲击试验，如图1-a和图1-b所示，示波冲击试验机的摆锤从起始高度落下冲击夏比V型试样，摆锤冲击夏比V型试样的施力点载荷、施力点位移、冲击功等数据由试验机电脑系统记录形成曲线，本实施例中得到的施力点载荷F和施力点位移S的关系曲线见图2所示。

2.依据三点弯标准试样SEB在静态冲击试验中的裂纹扩展特性，建立夏比V型试样在裂纹扩展过程中施力点载荷F与裂纹扩展量Δa的对应关系。

这里选用的三点弯标准试样SEB在静态冲击试验中的裂纹扩展特性的原因有以下几个方面：一是国家标准GB/T19748-2005《钢材夏比V型缺口摆锤冲击试验仪器试验方法》中并未提供描述夏比V型试样裂纹扩展特性的计算公式；二是夏比V型试样的断裂方式与三点弯标准试样的断裂方式一致，均为三点弯曲；三是夏比V型试样尺寸的几何关系满足三点弯标准试样在静态冲击试验中的裂纹扩展特性中计算公式的适用范围；四是申请人发现，按照三点弯标准试样在静态冲击试验中的裂纹扩展特性来建立夏比V型试样在裂纹扩展中施力点载荷F与裂纹扩展量Δa的对应关系时，能满足精度要求，具有很好的适用性。

A.依据步骤1确定的夏比V型试样在裂纹扩展过程中施力点载荷F与施力点位移S的对应关系，以最大载荷为起始点，按照最大施力点位移S的5％～10％设定的位移步长增量，依次确定各施力点位移：S₁,S₂,S₃,S₄,…S_i,…S_n。

B.依据三点弯标准试样SEB在静态冲击试验中的裂纹扩展特性，确定步骤1中的各施力点位移S_i对应的初始裂纹长度依次为：a₀₁,a₀₂,a₀₃,a₀₄,…a_0i,…a_0n；

a/W＝0.9874-3.625μ-13.98μ²+94.52μ³-327.8μ⁴

其中S为施力点位移，单位为mm；F为施力点载荷，单位为kN；W为试样宽度，单位为mm；B为试样厚度，单位为mm；a为裂纹长度，单位为mm；a₀为初始裂纹长度，单位为mm；a_0,est为计算得到的初始裂纹长度，单位为mm；Δa为裂纹扩展量，单位为mm；λ为系数，用于纠正在试验过程中发生的不确定性；ν为泊松比；E为试验温度下的弹性模型，单位为MPa，C是试样的弹性柔度，单位为m/N。

C.依据步骤B确定的初始裂纹长度a_0i，确定各施力点位移S_i之间对应的裂纹扩展量，依次为：Δa₁＝a₀₁-a₀₁,Δa₂＝a₀₂-a₀₁,Δa₃＝a₀₃-a₀₂,Δa₄＝a₀₄-a₀₃,…Δa_i＝a_0i-a_0i-1,…Δa_n＝a_0n-a_0n-1。

D.利用二项式拟合的方法，构建步骤C确定的各施力点位移S_i与裂纹扩展量Δa_i之间的对应关系，本实施例中得到对应关系如图3所示，关系式如下：

Δa＝-0.126S²+1.538S-2.039

E.依据步骤1确定的夏比V型试样在裂纹扩展过程中施力点载荷F与施力点位移S的对应关系，结合步骤D构建的各施力点位移S_i与裂纹扩展量Δa_i之间对应关系的数学模型，确定夏比V型试样在裂纹扩展过程中施力点载荷F与裂纹扩展量Δa的对应关系。

3.依据步骤2确定的夏比V型试样在裂纹扩展过程中施力点载荷F与裂纹扩展量Δa的对应关系，构建依据夏比V型试样在动态冲击试验中的裂纹扩展过程中的应力强度因子K与实际裂纹长度a的对应关系，具体实现步骤如下：

a.依据步骤C确定的各施力点位移S_i与裂纹扩展量Δa_i之间的对应关系，确定各施力点位移S_i对应的实际裂纹长度a_i，依次为：a₁＝a₀+Δa₁，a₂＝a₀+Δa₁+Δa₂，a₃＝a₀+Δa₁+Δa₂+Δa₃，a₄＝a₀+Δa₁+Δa₂+Δa₃+Δa₄，…a_i＝a₀+Δa₁+Δa₂+Δa₃+Δa₄+…+Δa_i，…a_n＝a₀+Δa₁+Δa₂+Δa₃+Δa₄+…+Δa_i+…+Δa_n。

b.依据步骤1确定的夏比V型试样在裂纹扩展过程中施力点载荷F与施力点位移S的对应关系，结合步骤A确定的各施力点位移S_i与实际裂纹长度a_i的对应关系，确定夏比V型试样在裂纹扩展过程中施力点载荷F与实际裂纹长度a的对应关系。

c.依据步骤b确定的夏比V型试样在裂纹扩展过程中施力点载荷F与实际裂纹长度a之间的对应关系，依据应力强度因子K与试样几何尺寸、裂纹实际长度与施力点载荷的函数关系，确定裂纹扩展过程中的应力强度因子K与实际裂纹长度a的对应关系，本实施例中得到的关系如图4所示，关系式如下：

式中：L为跨距，单位为mm；W为试样宽度，单位为mm；B为试样厚度，单位为mm；F为施力点载荷，单位为kN；a为裂纹实际长度，单位为mm。

4.依据步骤3确定的夏比V型试样在动态冲击试验中的裂纹扩展过程中的应力强度因子K与实际裂纹长度a的对应关系，结合国家标准GB4161-2007《金属材料平面应变断裂韧度K_IC试验方法》中确定金属材料平面应变断裂韧度K_IC的方法，即裂纹扩展量Δa等于0.2mm处的应力强度因子K确定为断裂韧度K_IC值，得到金属管材的断裂韧度值K_IC，根据图4所示的计算结果，可知K_IC＝131.19MPa·m^1/2。

本发明一种金属管材断裂韧度检测系统的实施例

本实施例中的检测系统包括处理器、存储器及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机程序，处理器与存储器相耦合，处理器执行计算机程序以实现以下指令：对制作成夏比V型试样的待测金属管材进行动态冲击试验，建立夏比V型试样在裂纹扩展中施力点载荷F与施力点位移S的对应关系；根据施力点载荷F与施力点位移S的对应关系，对夏比V型试样进行静态冲击实验，建立夏比V型试样在裂纹扩展中施力点载荷F与裂纹扩展量Δa的对应关系；根据夏比V型试样在裂纹扩展过程中施力点载荷F与裂纹扩展量Δa的对应关系，构建依据夏比V型试样在动态冲击试验中的裂纹扩展过程中的应力强度因子K与实际裂纹长度a的对应关系，按照设定标准以设定的裂纹扩展量对应的应力强度因子确定为断裂韧度值。各指令的具体实现方式已在方法的实施例中进行详细说明，这里不再赘述。

为了进一步证明本发明的可行性，下面通过一个实验例和一个对比例来进行说明。

实验例

双悬臂梁试样DCB是目前公认的金属管材准确度最高的断裂韧度测试试样，因此，本实验例采用双悬臂梁试样DCB测试断裂韧度对本发明进行数据验证，具体包括以下步骤：

1.选取实施例中同段金属管材，按照标准NACE 0177-2005制作对断裂韧度进行测试的双悬臂梁试样DCB。

2.使用MTS810材料试验机，在拉伸加载下自动记录载荷F与施力点位移q，参照标准GB/T 4161-2007中规定，对于双悬臂梁试样DCB的F-q曲线，取FQ＝F5(线性段斜率降低5％与F-q曲线的交点)。

双悬臂梁试样DCB断裂韧度K_IC的计算公式如下：

其中F_Q为在加载面上测量的平衡锲入载荷，单位为N；a₀为裂纹长度，单位为mm；h为每个悬臂高度，单位为mm；B为试样厚度，单位为mm，Bn为梁腹厚度，单位为mm。

3.断裂韧度检测结果及分析

双悬臂梁试样DCB拉伸实验的断裂韧度求取结果如表1所示。

表1

从表1中可以看出，该金属管材双悬臂梁试样DCB的断裂韧度是133MPa·m^1/2左右，与基于夏比冲击试验求取的断裂韧度131.19MPa·m^1/2相一致，证明了本发明所检测到的金属管材断裂韧度的可行性。

对比例

采用三点弯标准试样SEB测试10mm金属管材的断裂韧度进行对比，具体包括以下步骤：

1.选取实施例中同段金属管材，按照标准GB4161-2007制作对断裂韧度进行测试的三点弯标准试样SEB。

2.使用MTS810材料试验机，在拉伸加载下自动记录载荷F与施力点位移q，对于三点弯标准试样SEB的F-q曲线，取(线性段斜率降低5％与F-q曲线的交点)。根据国家标准GB4161-2007《金属材料平面应变断裂韧度K_IC试验方法》，确定金属管材料三点弯标准试样SEB的断裂韧度K_IC。

其中L为跨距，单位为mm；W为试样宽度，单位为mm；B为试样厚度，单位为mm；B_N为对于无侧槽试样B_N＝B，单位为mm；F_Q为当Δa小于0.2mm钝化偏置线时出现非稳定裂纹扩展的力，单位为kN；a₀为初始裂纹长度，单位为mm。

3.断裂韧度测试结果及分析

三点弯标准试样SEB拉伸试验的断裂度检测结果如表2所示。

表2

从表2中可以看出，该金属管材三点弯标准试样SEB的断裂韧度是155.44MPa·m^{1 /2}，与国际公认的金属管材准确度最高的双悬臂梁试样DCB断裂韧度检测结果133MPa·m^1/2相差较大，未反应出金属管材断裂韧度的真实情况，而基于夏比冲击试验求取得断裂韧度与双悬臂梁试样DCB测定的断裂韧度相一致，印证了本发明的可行性，解决了工业生产中大批量金属管材的断裂韧度检测以及快速进行多种材质断裂韧度值横向对比的问题。

Claims (10)

1.一种金属管材断裂韧度的检测方法，其特征在于，该检测方法包括以下步骤：

1)将待测的金属管材制作成夏比V型试样，对夏比V型试样进行动态冲击试验，建立夏比V型试样在裂纹扩展中施力点载荷F与施力点位移S的对应关系；

2)根据施力点载荷F与施力点位移S的对应关系，对夏比V型试样进行静态冲击实验，建立夏比V型试样在裂纹扩展中施力点载荷F与裂纹扩展量Δa的对应关系；

3)根据夏比V型试样在裂纹扩展过程中施力点载荷F与裂纹扩展量Δa的对应关系，构建依据夏比V型试样在动态冲击试验中的裂纹扩展过程中的应力强度因子K与实际裂纹长度a的对应关系，按照设定标准以设定的裂纹扩展量对应的应力强度因子确定为断裂韧度值。

2.根据权利要求1所述的金属管材断裂韧度的检测方法，其特征在于，所述步骤2)中施力点载荷F与裂纹扩展量Δa的对应关系的建立过程如下：

A.以步骤1)中的最大载荷为起始点，按照最大施力点位移S的设定位移步长为增量，依次确定各施力点位移为S₁,S₂,S₃,S₄,…S_i,…S_n；

B.确定步骤1)中的夏比V型试样在裂纹扩展过程中的各施力点位移S_i对应的初始裂纹长度a_0i；

C.依据步骤B确定的初始裂纹长度，确定夏比V型试样在裂纹扩展过程中的各施力点位移S_i之间对应的裂纹扩展量Δa_i；

D.利用拟合法构建夏比V型试样在裂纹扩展过程中各施力点位移S_i与裂纹扩展量Δa_i之间的对应关系；

E.根据步骤1)确定的施力点载荷F与施力点位移S的对应关系和步骤D中构建的各施力点位移S_i与裂纹扩展量Δa_i之间的对应关系，确定施力点载荷F与裂纹扩展量Δa的对应关系。

3.根据权利要求2所述的金属管材断裂韧度的检测方法，其特征在于，所述步骤3)中应力强度因子K与实际裂纹长度a的对应关系的构建过程如下：

a.根据步骤D中确定的夏比V型试样在裂纹扩展过程中各施力点位移S_i与裂纹扩展量Δa_i之间的对应关系，确定夏比V型试样在裂纹扩展过程中各施力点位移S_i对应的实际裂纹长度a_i；

b.根据各施力点位移S_i与实际裂纹长度a_i的对应关系，确定夏比V型试样在裂纹扩展过程中施力点载荷F与实际裂纹长度a的对应关系；

c.根据应力强度因子K与试样几何尺寸、裂纹实际长度与施力点载荷的关系，以及施力点载荷F与实际裂纹长度a的对应关系，确定裂纹扩展过程中的应力强度因子K与实际裂纹长度a的对应关系。

4.根据权利要求3所述的金属管材断裂韧度的检测方法，其特征在于，所述步骤c中确定的应力强度因子K与实际裂纹长度a的对应关系如下：

L为跨距，单位为mm；W为试样宽度，单位为mm；B为试样厚度，单位为mm；F为施力点载荷，单位为kN；a为裂纹实际长度，单位为mm。

5.根据权利要求2所述的金属管材断裂韧度的检测方法，其特征在于，所述步骤B是按照三点弯标准试样在静态冲击试验中的裂纹扩展特性来确定夏比V型试样各施力点位移S_i对应的初始裂纹长度a_0i的。

6.根据权利要求5所述的金属管材断裂韧度的检测方法，其特征在于，所述步骤1)中的动态冲击试验是指冲击速度为5.24m/s，步骤B中的静态冲击试验是指冲击速度为1.7×10^{- 5}m/s。

7.一种金属管材断裂韧度的检测系统，其特征在于，该检测系统包括处理器、存储器及存储在所述存储器上并在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器与所述存储器相耦合，所述处理器执行所述计算机程序以实现以下指令：

1)对制作成夏比V型试样的待测金属管材进行动态冲击试验，建立夏比V型试样在裂纹扩展中施力点载荷F与施力点位移S的对应关系；

2)根据施力点载荷F与施力点位移S的对应关系，对夏比V型试样进行静态冲击实验，建立夏比V型试样在裂纹扩展中施力点载荷F与裂纹扩展量Δa的对应关系；

3)根据夏比V型试样在裂纹扩展过程中施力点载荷F与裂纹扩展量Δa的对应关系，构建依据夏比V型试样在动态冲击试验中的裂纹扩展过程中的应力强度因子K与实际裂纹长度a的对应关系，按照设定标准以设定的裂纹扩展量对应的应力强度因子确定为断裂韧度值。

8.根据权利要求7所述的金属管材断裂韧度的检测系统，其特征在于，所述步骤2)中施力点载荷F与裂纹扩展量Δa的对应关系的建立过程如下：

A.以步骤1)中的最大载荷为起始点，按照最大施力点位移S的设定位移步长为增量，依次确定各施力点位移为S₁,S₂,S₃,S₄,…S_i,…S_n；

B.确定步骤1)中的夏比V型试样在裂纹扩展过程中的各施力点位移S_i对应的初始裂纹长度a_0i；

C.依据步骤B确定的初始裂纹长度，确定夏比V型试样在裂纹扩展过程中的各施力点位移S_i之间对应的裂纹扩展量Δa_i；

D.利用拟合法构建夏比V型试样在裂纹扩展过程中各施力点位移S_i与裂纹扩展量Δa_i之间的对应关系；

E.根据步骤1)确定的施力点载荷F与施力点位移S的对应关系和步骤D中构建的各施力点位移S_i与裂纹扩展量Δa_i之间的对应关系，确定施力点载荷F与裂纹扩展量Δa的对应关系。

9.根据权利要求8所述的金属管材断裂韧度的检测系统，其特征在于，所述步骤3)中应力强度因子K与实际裂纹长度a的对应关系的构建过程如下：

a.根据步骤D中确定的夏比V型试样在裂纹扩展过程中各施力点位移S_i与裂纹扩展量Δa_i之间的对应关系，确定夏比V型试样在裂纹扩展过程中各施力点位移S_i对应的实际裂纹长度a_i；

b.根据各施力点位移S_i与实际裂纹长度a_i的对应关系，确定夏比V型试样在裂纹扩展过程中施力点载荷F与实际裂纹长度a的对应关系；

c.根据应力强度因子K与试样几何尺寸、裂纹实际长度与施力点载荷的关系，以及施力点载荷F与实际裂纹长度a的对应关系，确定裂纹扩展过程中的应力强度因子K与实际裂纹长度a的对应关系。

10.根据权利要求9所述的金属管材断裂韧度的检测系统，其特征在于，所述步骤c中确定的应力强度因子K与实际裂纹长度a的对应关系如下：

L为跨距，单位为mm；W为试样宽度，单位为mm；B为试样厚度，单位为mm；F为施力点载荷，单位为kN；a为裂纹实际长度，单位为mm。