CN111735722A - 一种落锤撕裂试样 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种落锤撕裂试样，包括落锤撕裂试样本体，落锤撕裂试样本体底面的中部设有缺口；落锤撕裂试样本体在缺口中心线位置，沿落锤撕裂试样本体两侧面开设有侧槽，侧槽的一端与缺口相接，另一端延伸至落锤撕裂试样本体上与缺口相对一侧的表面。本发明通过开设侧槽，能够减少落锤撕裂试样在试验过程中锤击侧的压缩应变量，从而避免了试验过程中过大的锤击侧压缩应变导致脆性断口，引起剪切面积判定的困难，解决了评判试验中可能出现的争议。同时本发明的落锤撕裂试样与现有落锤撕裂试样结构相近，因此能够使用现有的试验装置和相应的方法进行落锤撕裂试验，无需对设备和现有工艺进行修改，节约了成本，而且结果准确可靠。

Description

一种落锤撕裂试样
技术领域
本发明属于落锤撕裂试验技术领域，具体是一种落锤撕裂试样。
背景技术
落锤撕裂试验(DWTT，Drop Weight Tear Test)是测定管线钢管韧性广为采用的大型试验方法。试样的原型是把一个带缺口棒材焊接在预测定的试样上，目的在于产生一个自然缺口。这种试验最先由美国海军试验室(NRL)于20世纪60年代提出并用于测定船板的韧性，并与1973年列入美国军用标准MIL-STD1601,1974年列入ASTM 436-74标准。后来为了使用从管材取样，美国巴特尔研究所对这种方法的试样进行了修正，采用压入法制作缺口，用于输送管线钢管韧性的测试，并列入API RP 5L3标准。试样的形状和尺寸如图1(a)～图1(c)所示。
目前的落锤撕裂试验中，通过试验装置，对试样的缺口相对一侧进行一定能量的锤击，从而使试样受到动态的弯曲变形，并由缺口位置启裂，裂纹扩展到锤击侧，试验完成。通过观察，计算试样断口上的韧性断裂面积的比例来表征材料的韧性行为。通常情况下，试验过程中，试样都是在缺口位置脆性启裂，并进行韧性扩展(产生韧性断口)。但是对于部分材料，在进行落锤撕裂试验时，由于韧性较高，裂纹扩展较慢，在锤击侧发生较大压缩变形后，才完成断裂。而锤击侧则会由于较大的塑性变形量，使呈现脆性断裂的断口，这就是“异常断口”。正常端口和异常断口如图2(a)和图2(b)所示。目前的API RP 5L标准，不接受异常断口的试验结果。而石油天然气行业标准SYT 6476-2007输送钢管落锤撕裂试验方法，国家标准GB/T 8363-2007铁素体钢落锤撕裂试验方法中有进行不同类型异常断口的评判方法，但是均无理论依据，并且评判结果无法和同样材料的正常断口进行对比。
发明内容
为了解决现有技术中韧性较高的材料在落锤撕裂时易产生异常断口的缺陷，本发明的目的是提供一种落锤撕裂试样，本发明的落锤撕裂试样能够避免异常断口的产生，同时也无需修改现有的试验装置和试验方法。
本发明采用的技术方案如下：
一种落锤撕裂试样，包括落锤撕裂试样本体，落锤撕裂试样本体底面的中部设有缺口；落锤撕裂试样本体在缺口中心线位置，沿落锤撕裂试样本体两侧面开设有侧槽，侧槽的一端与缺口相接，另一端延伸至落锤撕裂试样本体上与缺口相对一侧的表面。
优选的，侧槽的底部与缺口的中心线正对。
优选的，侧槽两侧面之间的夹角为45°±2°。
优选的，侧槽两侧面之间的交界处通过圆弧面过渡连接，圆弧面的半径为0.025～0.1mm。
优选的，侧槽的深度为落锤撕裂试样本体厚度的4％～6％。
优选的，落锤撕裂试样本体的长度为305±5mm，宽度为76±3mm，厚度为25mm。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明的落锤撕裂试样是在现有的落锤撕裂试样基础上，沿现有落锤撕裂试样两侧面开设侧槽得到的，本发明通过开设侧槽，能够减少落锤撕裂试样在试验过程中锤击侧的压缩应变量，从而避免了试验过程中锤击侧过大的压缩应变导致材料呈现脆性断口，引起测试结果失真以及断口剪切面积判定的困难，解决了评判试验中可能出现的争议。同时本发明的落锤撕裂试样与现有落锤撕裂试样结构相近，因此能够使用现有的试验装置和相应的方法进行落锤撕裂试验，无需对设备和现有工艺进行修改，节约了成本，而且结果准确可靠。
进一步的，侧槽的底部与缺口的中心线正对，能够确保撕裂过程中，侧槽有效提高裂纹尖端塑性约束水平，优化撕裂效果，使试验结果更加准确。
进一步的，侧槽两侧面之间的夹角为45°±2°。夹角过小，在撕裂中的试样弯曲产生的塑性变形会使侧槽两侧面闭合，导致缺口及裂纹尖端附近材料塑性变形并吸收部分能量，延迟材料启裂，导致新方法缓解锤击侧压缩变形效果不明显；夹角过大，断裂路径有一定的随机性，也可能会引起新方法对试验效果的改善不佳。经过一定数量测试，45°±2°为最佳取值。
进一步的，侧槽两侧面之间的交界处通过圆弧面过渡连接，圆弧面的半径为0.025～0.1mm，利用该圆弧面能够弥补由于实际加工过程中侧槽的底部中心与缺口的中心线难以正对的缺陷。
附图说明
图1(a)是传统落锤撕裂试样主视图示；图1(b)是传统落锤撕裂试样仰视图；图1(c)是图1(a)中A-A截面示意图；
图2(a)是正常断口示意图；途2(b)是异常断口示意图；
图3(a)是本发明落锤撕裂试样主视图；图3(b)是本发明落锤撕裂试样仰视图；图3(c)是图1(a)中B-B截面示意图；图3(d)是图3(b)中A部放大图；
图4(a)是传统落锤撕裂试样断口剪切面积示意图；图4(b)本发明试样断口剪切面积示意图；
图5(a)是传统落锤撕裂试样断口变形量示意图；途5(b)为本发明落锤撕裂试样侧面变形量示意图；
图6是传统落锤撕裂试样与本发明落锤撕裂试样剪切面积韧脆转变曲线的对比。
图中，1-落锤撕裂试样本体，2-缺口，3-锤头，4-侧槽，4-1-第一侧面，4-2-第二侧面，4-3-侧槽底面。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明做详细说明。
本发明的目的在于通过落锤撕裂试样的改进，有效的解决了断裂前锤击侧变形量过大的问题，从而在不进行试验装置和试验方法修改的前提下，获得了避免异常断口的试验结果，可以客观的评判金属材料的断裂行为，避免了异常断口带来的评判困难。
如图3(a)～图3(d)所示本发明的落锤撕裂试样包括落锤撕裂试样本体(1)，落锤撕裂试样本体(1)底面的中部设有缺口(2)；落锤撕裂试样本体(1)在缺口(2)中心线位置，沿落锤撕裂试样本体(1)两侧面开设有侧槽(4)，侧槽(4)的一端与缺口(2)相接，另一端延伸至落锤撕裂试样本体(1)上与缺口(2)相对一侧的表面。以图3(c)所示方位为例，侧槽沿落锤撕裂试样的高度方向上下贯穿，侧槽从缺口处开始，由下至上一直延伸至落锤撕裂试样的上表面
作为本发明优选的实施方案，如图3(b)和图3(d)所示，侧槽(4)的底部与缺口(2)的中心线正对。
作为本发明优选的实施方案，如图3(d)所示，侧槽(4)两侧面之间的夹角α为45°±2°。
作为本发明优选的实施方案，如图3(d)所示，侧槽(4)两侧面之间的交界处通过圆弧面过渡连接，圆弧面的半径r为0.025～0.1mm。
作为本发明优选的实施方案，如图3(c)所示，侧槽(4)的深度d1为落锤撕裂试样本体(1)厚度的4％～6％。
作为本发明优选的实施方案，如图3(a)和图3(c)所示，落锤撕裂试样本体(1)的长度L为305±5mm，宽度W为76±3mm，厚度t为25mm。
本发明落锤撕裂试样加工过程包括：
在钢板截取全壁厚落锤撕裂试样，并加工缺口之后，沿缺口中心线两侧加工侧槽，以达到改变断裂过程中裂纹尖端塑性约束条件，降低断裂前锤击侧压缩变形量的目的。
实施例
针对壁厚25mm的钢板，加工如图3(a)～图3(d)所示的落锤撕裂试样，进行落锤撕裂试验，与相同规格(净截面厚度相等)，且多发生异常断口的现有普通落锤撕裂试样相比，试验后断面具有正常断口。
本实施例中，金属材料落锤撕裂试验确定方法采用如下步骤：
1)金属板材上取落锤撕裂试样；
步骤1)取落锤撕裂试样，规格为长度为305±5mm，宽度为76±3mm，厚度为25mm；
步骤2)加工缺口(压制或者人字形缺口均可，参考API RP 5L3)，深度d为5mm。
步骤3)在缺口中心线位置，沿落锤撕裂试样两侧加工侧槽，侧槽深度为厚度的5％±1％(即断裂位置净截面厚度22.5mm)。
2)在落锤撕裂试验装置(或大型摆锤试验装置)上进行试验；
3)对试验后的落锤撕裂试样断面进行延性断口评判，与普通落锤撕裂试样相比，典型的异常断口(不连续的脆性断口区域，)消失，如图4(b)所示；
4)对试验后的试样锤击侧附近试样侧面变形量进行测量对比，改进后的试样压缩应变很小，如图5(b)所示。
5)对比传统试样和本发明试样的剪切面积韧脆转变曲线，如图6所示，与传统试样相比，使用侧槽深度为厚度5±1％的试样进行落锤撕裂试验测试，可以获得类似的韧脆转变曲线和韧脆转变温度。因此本发明试样可以有效代替传统试样，进行落锤撕裂试验。
综上所述，本发明通过改进的落锤撕裂试样，能够减少试样在试验过程中锤击侧的压缩应变量，从而避免了试验过程中过大的锤击侧压缩应变导致脆性断口，引起剪切面积判定的困难，解决了评判试验中可能出现的争议。

Claims (6)

1.一种落锤撕裂试样，其特征在于，包括落锤撕裂试样本体(1)，落锤撕裂试样本体(1)底面的中部设有缺口(2)；落锤撕裂试样本体(1)在缺口(2)中心线位置，沿落锤撕裂试样本体(1)两侧面开设有侧槽(4)，侧槽(4)的一端与缺口(2)相接，另一端延伸至落锤撕裂试样本体(1)上与缺口(2)相对一侧的表面。
2.根据权利要求1所述的一种落锤撕裂试样，其特征在于，侧槽(4)的底部与缺口(2)的中心线正对。
3.根据权利要求1所述的一种落锤撕裂试样，其特征在于，侧槽(4)两侧面之间的夹角为45°±2°。
4.根据权利要求1所述的一种落锤撕裂试样，其特征在于，侧槽(4)两侧面之间的交界处通过圆弧面过渡连接，圆弧面的半径为0.025～0.1mm。
5.根据权利要求1所述的一种落锤撕裂试样，其特征在于，侧槽(4)的深度为落锤撕裂试样本体(1)厚度的4％～6％。
6.根据权利要求1所述的一种落锤撕裂试样，其特征在于，落锤撕裂试样本体(1)的长度为305±5mm，宽度为76±3mm，厚度为25mm。
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