CN115931567B - 焊接构件的应力腐蚀敏感性评定方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种焊接构件的应力腐蚀敏感性评定方法及系统，涉及金属腐蚀评估技术领域。所述方法包括对待测焊接构件进行原位拉伸试验得到待测焊接构件各区的力学性能参数；根据各区力学性能参数，通过有限元模拟的方法，确定待测焊接构件缺口试样的尺寸和位置；根据缺口试样尺寸和位置加工不同缺口位置的待测焊接构件的试样；分别在惰性环境和试验环境下，对不同缺口位置的待测焊接构件的试样进行慢拉伸实验直至断裂，得到不同缺口位置的待测焊接构件试样缺口根部的断面收缩率；根据不同缺口位置的待测焊接构件试样缺口根部的断面收缩率计算待测焊接构件不同区域的应力腐蚀敏感性。本发明得到的焊接构件中各区的应力腐蚀敏感性更加准确。
Description
技术领域
本发明涉及金属腐蚀评估技术领域，特别是涉及一种焊接构件的应力腐蚀敏感性评定方法及系统。
背景技术
焊接是现代工业中最重要的制造方法之一，从日常生活用品到复杂的工业设备，焊接制造无处不在。焊接过程中，材料内部的温度梯度变化使焊接结构存在化学成分、微观组织和晶体结构等方面的差异，通常将焊接构件区分为焊缝区、热影响区和母材区。在极端服役工况下，焊接构件不同区域的差异将引起不同程度的力学和电化学性能差异，发生腐蚀、断裂等失效，直接危害工业装备的可靠性和安全性。应力腐蚀开裂(SCC)是指金属材料在应力和腐蚀环境的共同作用下，在远低于材料屈服强度的数值下发生突然断裂的现象，是一种低应力的脆性断裂。即使是耐腐蚀性能很好的材料，如不锈钢或镍基合金等，在特定的服役环境中也难以避免应力腐蚀开裂，而焊接结构中材料组织结构的不均匀性将显著增大应力腐蚀开裂的风险，一旦发生应力腐蚀开裂，将严重影响工业生产，甚至引发重大经济损失及人员伤亡事故。
目前，金属材料的应力腐蚀敏感性评定主要通过不同型式的试样在模拟具体的服役工况下进行，GB/T 15970《金属和合金的腐蚀应力腐蚀试验》对各种形式的应力腐蚀试验有明确的标准，其中，对比U型试样浸泡试验法、恒载荷法等方法，慢应变速率应力腐蚀试验法是一种快速评定材料应力腐蚀敏感性的方法，但是，采用国标中规定的慢应变速率应力腐蚀试验法评价焊接构件的应力腐蚀敏感性时常与其他评价方法存在不一致的现象。如申请人前期采用恒载荷试验和慢应变速率试验评价焊接构件的应力腐蚀敏感性发现，不同的加载形式导致断裂分别发生在强度最高的热影响区和强度最低的焊缝区，所以用现有的评定方法评价焊接构件各区域的应力腐蚀敏感性所得到的结果并不准确。
发明内容
本发明的目的是提供一种焊接构件的应力腐蚀敏感性评定方法及系统，使焊接构件各区域的应力腐蚀敏感性评定更加准确。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种焊接结构的应力腐蚀敏感性评定方法，包括：
对待测焊接构件进行原位拉伸试验得到所述待测焊接构件的母材区、焊缝区和热影响区的力学性能参数；
根据所述待测焊接构件的母材区、焊缝区和热影响区的力学性能参数，通过有限元模拟方法，确定待测焊接构件缺口试样的尺寸和位置；
根据所述待测焊接构件缺口试样的尺寸和位置加工所述待测焊接构件的试样分别得到缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样；
分别在惰性环境和试验环境下，采用慢应变速率拉伸试验机分别对缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样进行慢拉伸实验直至断裂，得到缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样缺口根部的断面收缩率；所述待测焊接构件的试样缺口根部的断面收缩率包括所述待测焊接构件的试样在惰性环境下的缺口根部的断面收缩率和所述待测焊接构件的试样在试验环境下的缺口根部的断面收缩率；
根据缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样缺口根部的断面收缩率计算所述待测焊接构件中母材区、焊缝区和热影响区的应力腐蚀敏感性。
可选的，所述分别在惰性环境和试验环境下，采用慢应变速率拉伸试验机分别对缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样进行慢拉伸实验直至断裂，得到缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样缺口根部的断面收缩率，具体包括：
分别在惰性环境和试验环境下，采用慢应变速率拉伸试验机分别对缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样进行慢拉伸实验直至断裂，得到缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样缺口根部断口截面面积；所述待测焊接构件的试样缺口根部断口截面面积包括所述待测焊接构件的试样在惰性环境下的缺口根部断口截面面积和所述待测焊接构件的试样在试验环境下的缺口根部断口截面面积；
根据缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样缺口根部断口截面面积得到缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样缺口根部的断面收缩率。
可选的，所述根据缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样缺口根部断口截面面积得到缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样缺口根部的断面收缩率，具体包括：
根据公式计算缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样缺口根部的断面收缩率，其中，/>表示缺口位于母材区、焊缝区或热影响区的待测焊接构件的试样缺口根部的断面收缩率，A0表示缺口位于母材区、焊缝区或热影响区的待测焊接构件的试样的缺口根部面积，A1表示缺口位于母材区、焊缝区或热影响区的待测焊接构件的试样缺口根部断口截面面积。
可选的，所述根据缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样缺口根部的断面收缩率计算所述待测焊接构件中母材区、焊缝区和热影响区的应力腐蚀敏感性，具体包括：
根据公式计算待测焊接构件中母材、焊缝或热影响区的应力腐蚀敏感性，其中，I表示待测焊接构件中母材、焊缝或热影响区的应力腐蚀敏感性，/>表示缺口位于母材区、焊缝区或热影响区的待测焊接构件的试样在惰性环境下缺口根部的断面收缩率，/>表示缺口位于母材区、焊缝区或热影响区的待测焊接构件的试样在试验环境下缺口根部的断面收缩率。
一种焊接构件的应力腐蚀敏感性评定系统，包括：
力学性能参数确定模块，用于对待测焊接构件进行原位拉伸试验得到所述待测焊接构件的母材区、焊缝区和热影响区的力学性能参数；
缺口尺寸确定模块，用于根据所述待测焊接构件的母材区、焊缝区和热影响区的力学性能参数，通过有限元模拟方法，确定待测焊接构件缺口试样的尺寸和位置；
试样加工模块，用于根据所述待测焊接构件缺口试样的尺寸和位置加工所述待测焊接构件的试样分别得到缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样；
断面收缩率计算模块，用于分别在惰性环境和试验环境下，采用慢应变速率拉伸试验机分别对缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样进行慢拉伸实验直至断裂，得到缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样缺口根部的断面收缩率；所述待测焊接构件的试样缺口根部的断面收缩率包括所述待测焊接构件的试样在惰性环境下的缺口根部的断面收缩率和所述待测焊接构件的试样在试验环境下的缺口根部的断面收缩率；
应力腐蚀敏感性确定模块，用于根据缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样缺口根部的断面收缩率计算所述待测焊接构件中母材区、焊缝区和热影响区的应力腐蚀敏感性。
可选的，所述断面收缩率计算模块，具体包括：
缺口根部断口截面面积计算单元，用于分别在惰性环境和试验环境下，采用慢应变速率拉伸试验机分别对缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样进行慢拉伸实验直至断裂，得到缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样缺口根部断口截面面积；所述待测焊接构件的试样缺口根部断口截面面积包括所述待测焊接构件的试样在惰性环境下的缺口根部断口截面面积和所述待测焊接构件的试样在试验环境下的缺口根部断口截面面积；
断面收缩率计算单元，用于根据缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样缺口根部断口截面面积得到缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样缺口根部的断面收缩率。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明分别在惰性环境和试验环境下，采用慢应变速率拉伸试验机对不同缺口位置的待测焊接构件的试样进行慢拉伸实验直至断裂，得到不同缺口位置的待测焊接构件的试样缺口根部的断面收缩率；根据不同缺口位置的所述待测焊接构件的试样缺口根部的断面收缩率计算所述待测焊接构件中各区域的应力腐蚀敏感性，可以明确焊接结构中应力腐蚀敏感性最高的部位。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的焊接构件的应力腐蚀敏感性评定方法流程图；
图2为本发明实施例拉伸试样整体尺寸图及缺口部位尺寸图；
图3为本发明实施例30Cr2Ni4MoV焊接构件各区域应力应变曲线图；
图4为本发明实施例扫描电镜拍摄的断裂试样断口截面图；
图5为本发明实施例实验完成后得到的断裂试样及其切面金相组织图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明实施例提供了一种焊接构件的应力腐蚀敏感性评定方法，包括：
对待测焊接构件进行原位拉伸试验得到所述待测焊接构件的母材区、焊缝区和热影响区的力学性能参数。力学性能参数，包括杨氏模量、屈服强度、抗拉强度等数据。在室温下通过原位拉伸实验得到焊接结构材料母材区、焊缝区和热影响区的力学性能参数。
根据所述待测焊接构件的母材区、焊缝区和热影响区的力学性能参数，通过有限元模拟方法，确定待测焊接构件缺口试样的尺寸和位置。
根据所述待测焊接构件缺口试样的尺寸和位置加工所述待测焊接构件的试样分别得到缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样这里一共三个待测焊接构件的试样。
分别在惰性环境和试验环境下，采用慢应变速率拉伸试验机分别对缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样进行慢拉伸实验直至断裂，得到缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样缺口根部的断面收缩率；所述待测焊接构件的试样缺口根部的断面收缩率包括所述待测焊接构件的试样在惰性环境下的缺口根部的断面收缩率和所述待测焊接构件的试样在试验环境下的缺口根部的断面收缩率。
根据缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样缺口根部的断面收缩率计算所述待测焊接构件中母材区、焊缝区和热影响区的应力腐蚀敏感性。
在实际应用中，所述分别在惰性环境和试验环境下，采用慢应变速率拉伸试验机分别对缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样进行慢拉伸实验直至断裂，得到缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样缺口根部的断面收缩率，具体包括：
分别在惰性环境和试验环境下，采用慢应变速率拉伸试验机分别对缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样进行慢拉伸实验直至断裂，得到缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样缺口根部断口截面面积；所述待测焊接构件的试样缺口根部断口截面面积包括所述待测焊接构件的试样在惰性环境下的缺口根部断口截面面积和所述待测焊接构件的试样在试验环境下的缺口根部断口截面面积。
根据缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样缺口根部断口截面面积得到缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样缺口根部的断面收缩率。
在实际应用中，所述根据缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样缺口根部断口截面面积得到缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样缺口根部的断面收缩率，具体包括：
根据公式计算缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样缺口根部的断面收缩率，其中，/>表示缺口位于母材区、焊缝区或热影响区的待测焊接构件的试样缺口根部的断面收缩率，A0表示缺口位于母材区、焊缝区或热影响区的待测焊接构件的试样的缺口根部面积，A1表示缺口位于母材区、焊缝区或热影响区的待测焊接构件的试样缺口根部断口截面面积。
在实际应用中，所述根据缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样缺口根部的断面收缩率计算所述待测焊接构件中母材区、焊缝区和热影响区的应力腐蚀敏感性，具体包括：
根据公式计算待测焊接构件中母材、焊缝或热影响区的应力腐蚀敏感性，I的值越接近1，则开裂敏感性越高，其中，I表示待测焊接构件中母材、焊缝或热影响区的应力腐蚀敏感性，/>表示缺口位于母材区、焊缝区或热影响区的待测焊接构件的试样在惰性环境下缺口根部的断面收缩率，/>表示缺口位于母材区、焊缝区或热影响区的待测焊接构件的试样在试验环境下缺口根部的断面收缩率。
本发明实施例提供了一种更具体的焊接构件的应力腐蚀敏感性评定方法，如图1所示：
步骤1：在焊接构件中各区域的典型部位切取原位拉伸试样，在原位拉伸实验中，将试样放到原位拉伸实验机上，选择拉伸模式，然后选择一个合适的加载速率进行加载，拉伸完成后获得材料的拉伸曲线，根据拉伸曲线得到焊接结构材料母材区、焊缝区和热影响区的力学性能参数，每组实验重复三次。
步骤2：参照国标GB/T 15970内规定的慢应变速率拉伸试样尺寸，确定试样基本几何尺寸，通过ABAQUS等有限元分析软件进行模拟，确定保证试样断裂位置位于缺口处的缺口尺寸。边界载荷确定为一边固定，一边位移拉伸。将标距段及缺口根部的网格细化，进行网格无关性验证。根据焊接构件慢拉伸试样中焊缝位置，将步骤1中得到的焊接材料各区域的力学性能参数赋至模拟试样的对应区域。首先，在焊接构件的某个区域确定一个缺口位置，模拟在该区域时不同缺口底部半径下的拉伸结果，从而确定能使断裂发生于缺口处的缺口底部半径值。其次，模拟其他缺口位置区间内的缺口底部半径值，统计其模拟结果，确定一个能使断裂发生均发生在缺口位置的缺口尺寸，定为试样的加工缺口尺寸。
步骤3：根据步骤2所获的缺口尺寸和位置，加工带缺口的慢应变速率拉伸试样。清洗试样，使用游标卡尺测量试样的基本尺寸，包括试样标距段的直径和长度。使用三维形貌仪对缺口试样的缺口部位进行测量，得到准确的缺口处形貌数据，包括缺口宽度，缺口深度，缺口底部形貌等，应测得试样缺口部位的深度，由试样直径减去缺口深度得到缺口部位直径，该部分数据应测量至少6次以上取得平均值，计算缺口根部截面面积。
步骤4：使用慢应变速率拉伸实验机对缺口试样进行慢拉伸实验；实验环境应根据实际工况进行模拟；慢应变速率试验设备应可选择变形速率，而且其功率大到足以产生所需载荷，实验设定的应变速率值根据国标GB/T15970规定的范围设置。当试样完全破断后停止实验。
步骤5：可使用扫描电镜或三维形貌仪测量断裂试样的断口截面积。使用扫描电镜应观察断裂试样的断口型貌，通过断口型貌特征初步判断焊接构件不同区域的应力腐蚀敏感性，进一步通过扫描电镜计算断口截面面积。若使用三维形貌仪拍摄断裂试样的断口截面，应测量得到断口处的断口深度；应测得试样断裂位置的深度，由试样直径减去断裂口深度得到断口部位直径，并测量至少6次以上取得平均值。
步骤6：将断裂试样沿垂直横截面方向切开，制成半圆柱试样，使用光镜观察其断裂处微观金相结构，确保试样断裂部位与缺口位置的一致性，如断裂部位位于缺口根部，则断口数据有效，如断裂部位未位于缺口根部，则断口数据无效。
步骤7：通过实验前后测得的直径得到缺口横截面积和断口横截面积，并计算各有效试样的断面收缩率，然后使用公式计算各区域的应力腐蚀敏感性。
本发明实施例提供了一种与上述方法对应的焊接构件的应力腐蚀敏感性评定系统，包括：
力学性能参数确定模块，用于对待测焊接构件进行原位拉伸试验得到所述待测焊接构件的母材区、焊缝区和热影响区的力学性能参数。
缺口尺寸确定模块，用于根据所述待测焊接构件的母材区、焊缝区和热影响区的力学性能参数，通过有限元模拟方法，确定待测焊接构件缺口试样的尺寸和位置。
试样加工模块，用于根据所述待测焊接构件缺口试样的尺寸和位置加工所述待测焊接构件的试样分别得到缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样。
断面收缩率计算模块，用于分别在惰性环境和试验环境下，采用慢应变速率拉伸试验机分别对缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样进行慢拉伸实验直至断裂，得到缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样缺口根部的断面收缩率；所述待测焊接构件的试样缺口根部的断面收缩率包括所述待测焊接构件的试样在惰性环境下的缺口根部的断面收缩率和所述待测焊接构件的试样在试验环境下的缺口根部的断面收缩率。
应力腐蚀敏感性确定模块，用于根据缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样缺口根部的断面收缩率计算所述待测焊接构件中母材区、焊缝区和热影响区的应力腐蚀敏感性。
在实际应用中，所述断面收缩率计算模块，具体包括：
缺口根部断口截面面积计算单元，用于分别在惰性环境和试验环境下，采用慢应变速率拉伸试验机分别对缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样进行慢拉伸实验直至断裂，得到缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样缺口根部断口截面面积；所述待测焊接构件的试样缺口根部断口截面面积包括所述待测焊接构件的试样在惰性环境下的缺口根部断口截面面积和所述待测焊接构件的试样在试验环境下的缺口根部断口截面面积。
断面收缩率计算单元，用于根据缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样缺口根部断口截面面积得到缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样缺口根部的断面收缩率。
本发明还提供了一种更具体的实施例对上述方法进行介绍：
本实施例的测试材料为30Cr2Ni4MoV焊接构件，焊接工艺为采埋弧焊堆焊焊接，焊后将工件在580℃环境下保温20h，化学成分如表1所示。该材料首先通过原位拉伸实验得到该材料焊接构件各区域的力学性能参数。在原位拉伸实验中，首先将试样放到原位拉伸实验机上。选择拉伸模式，加载速率为2.4*10-4mm/min，然后选择加载，拉伸完成后就能得到材料的拉伸曲线。表2为实验获得的焊接构件不同区域的力学性能参数。
表1 30Cr2Ni4MoV转子钢母材和焊缝材料的化学成分
表2实验材料不同区域的力学性能参数
在获得了材料的力学性能参数后，使用有限元软件ABAQUS对拉伸试样进行建模。试样的基本几何尺寸如图2所示。边界载荷确定为一边固定，一边位移拉伸。将步骤1中得到的焊接材料各区域的力学性能参数赋至模拟试样的各对应区域。分析步设置为动力显式分析步，在完成网格无关性验证后，对标距段网格进行细化处理，模型网格图如图2(a)所示。在完成基本建模后，在试样各区域内画出缺口进行模拟，并不断修改缺口宽度的数值。模拟选取了熔合线及两侧分别距熔合线1mm、3mm和5mm的七个位置画出缺口，并将缺口分别命名为FL1、WM1、WM2、WM3、HAZ1、BM1、BM2，示意图如图2(b)所示。首先将缺口位置定于熔合线，并模拟不同数值的缺口两侧间隔距离下的拉伸断裂情况。表3为缺口位于熔合线位置时不同缺口两侧间距的拉伸断裂情况，可以看到当缺口两侧间距为0.2R(R为试样无缺口标距段半径)时断裂未发生在缺口位置，而当缺口两侧间距为0.3R时断裂发生在缺口处。因此确定大致缺口两侧间距为0.2R～0.3R。
表3缺口位于熔合线位置时不同缺口两侧间距的拉伸断裂情况
接着模拟缺口两侧间距分别为0.2R和0.3R时缺口位于不同位置的拉伸断裂情况。表4为缺口两侧间距取0.2R和0.3R时缺口位于熔合线不同位置时的拉伸断裂情况，结果显示在将缺口两侧间距加大至0.3R，即0.75mm，试样缺口位于各个材料区域内均能保证断裂发生于缺口部位，最终确定试样缺口两侧间距为0.3R，即0.75mm，缺口几何尺寸如图2(c)所示。
表4不同缺口两侧间距时缺口位于不同位置的拉伸断裂情况
在确定缺口尺寸后定制拉伸试样，试样基本几何尺寸参考国标GB/T15970中关于SSRT试样的相关规定。分别定制缺口位于焊缝、热影响区和母材3个区域的试样，每种试样制备3根使用。
得到各试样的缺口部位直径后，使用去离子水和无水乙醇对试样进行超声清洗各5分钟，并吹干。使用三维形貌仪测量各试样的缺口尺寸，分别测量试样缺口的深度，用试样直径减去缺口深度作为缺口部位直径，并测量至少6次以上取得平均值。表5分别为3根平行试样中母材(BM)、焊缝(WM)和热影响区(HAZ)测量的各试样缺口形貌曲线计算得到的最小横截面积值。
表5不同试样最小横截面积值
试样清洗完成后，使用Cortest高温高压应力腐蚀试验机进行慢应变速率拉伸实验。实验选取的应变速率为10^-6/s，实验温度为180℃，腐蚀环境为3.5w.t.％NaCl，在机器上设置拉伸速率为25.5E-6mm/s。随后将试样安装至高温高压反应釜上，按照标号依次将螺栓拧紧，安装上位移和力传感器，然后开始加热。待加热到180℃后，设定参数，随后点击preload，当载荷加载达到预定值后，开始实验，当试样断裂后取下试样，并使用去离子水和无水乙醇对已断裂试样进行超声清洗各5分钟，并吹干待用。图3为使用该材料进行慢拉伸实验得到的各区域的应力应变曲线图。
使用扫描电镜拍摄断裂试样的断面图，并测量其应力腐蚀断裂面积。图4为拍摄的断裂试样的扫描电镜断面图，图4(a)为母材区的断口形貌图，图4(b)为热影响区的断口形貌图，图4(c)为焊缝区的断口型貌图。
将断裂试样沿垂直横截面方向切开，制成5mm长的半圆柱试样，然后将半圆柱试样进行环氧树脂密封，使用光镜观察其断裂处微观金相结构，确保试样断裂部位的组织结构为实验前预计的组织。图5为试样拍摄的金相组织图与缺口试样示意图和实际断裂试样图的比较，图5(a)为缺口位于母材区域时，图5(b)为缺口位于热影响区域时，图5(c)为缺口位于熔合线时，图5(d)为缺口位于焊缝区域时。
在使用光镜观察后，使用扫描电镜拍摄断裂试样的断口截面，测量得到其机械裂纹和SCC裂纹截面积，并应力腐蚀敏感性计算公式，对比空气试样拉伸得到的断面收缩率，计算得到试样各部位的应力腐蚀敏感性的值，如表6所示。由此可见，母材、焊缝、热影响区中，热影响区的应力腐蚀敏感性最强，这与热影响区最高的屈服强度具有最强的应力腐蚀敏感性保持一致。通过带缺口的慢拉伸试验，可以快速有效评价焊接构件不同区域的应力腐蚀敏感性。
表6焊接材料各区域应力腐蚀敏感性值
本发明采用含预制缺口的圆棒试样进行慢应变速率拉伸实验，通过获取断裂位置并测量缺口根部的断面收缩率来评价焊接构件不同区域的应力腐蚀敏感性，相较于传统的慢应变速率应力腐蚀开裂敏感性评定方法，本发明通过改变试样上缺口的位置，使断裂位置发生在目标区域，从而评价焊接结构中母材区、焊缝区和热影响区各不同区域的应力腐蚀敏感性。
慢应变速率应力腐蚀试验与其他试验方法相比，是一种快速评价材料应力腐蚀敏感性的方法，但是由于不同构件的焊接工艺不同，导致焊接构件的母材、焊缝、热影响区的微观组织、力学性能和电化学性能等存在差异，导致采用GB/T中规定的应力腐蚀敏感性测试方法所获得的结果会存在一定的差异，所以目前还没有一个明确的方法来准确评价其应力腐蚀敏感性，本发明通过采用带缺口的慢拉伸试样限制其断裂位置，进行慢拉伸试验，可以既简单快速，又准确评价焊接构件不同区域的应力腐蚀敏感性。
本发明能够简单、快速地测量焊接构件中母材、热影响区和焊缝区的应力腐蚀敏感性。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (6)
1.一种焊接构件的应力腐蚀敏感性评定方法，其特征在于，包括：
对待测焊接构件进行原位拉伸试验得到所述待测焊接构件的母材区、焊缝区和热影响区的力学性能参数；
根据所述待测焊接构件的母材区、焊缝区和热影响区的力学性能参数，通过有限元模拟方法，确定待测焊接构件缺口试样的尺寸和位置；
根据所述待测焊接构件缺口试样的尺寸和位置加工所述待测焊接构件的试样分别得到缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样；
分别在惰性环境和试验环境下，采用慢应变速率拉伸试验机分别对缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样进行慢拉伸实验直至断裂，得到缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样缺口根部的断面收缩率；所述待测焊接构件的试样缺口根部的断面收缩率包括所述待测焊接构件的试样在惰性环境下的缺口根部的断面收缩率和所述待测焊接构件的试样在试验环境下的缺口根部的断面收缩率；
根据缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样缺口根部的断面收缩率计算所述待测焊接构件中母材区、焊缝区和热影响区的应力腐蚀敏感性；
根据所述待测焊接构件的母材区、焊缝区和热影响区的力学性能参数，通过有限元模拟方法，确定待测焊接构件缺口试样的尺寸和位置，具体包括：
在有限元分析软件中对所述待测焊接构件进行建模得到待测焊接构件模型，将所述待测焊接构件的母材区、焊缝区和热影响区的力学性能参数赋至所述待测焊接构件模型的对应区域，并在所述待测焊接构件模型的母材区、焊缝区和热影响区中任一区确定一个缺口位置，模拟在所述缺口位置时不同缺口尺寸下的拉伸结果，从而确定能使断裂发生于缺口处的缺口尺寸；模拟其他缺口位置区间内的缺口尺寸，统计模拟结果，确定一个能使断裂均发生在缺口位置的缺口尺寸，定为所述待测焊接构件缺口试样的尺寸。
2.根据权利要求1所述的焊接构件的应力腐蚀敏感性评定方法，其特征在于，所述分别在惰性环境和试验环境下，采用慢应变速率拉伸试验机分别对缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样进行慢拉伸实验直至断裂，得到缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样缺口根部的断面收缩率，具体包括：
分别在惰性环境和试验环境下，采用慢应变速率拉伸试验机分别对缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样进行慢拉伸实验直至断裂，得到缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样缺口根部断口截面面积；所述待测焊接构件的试样缺口根部断口截面面积包括所述待测焊接构件的试样在惰性环境下的缺口根部断口截面面积和所述待测焊接构件的试样在试验环境下的缺口根部断口截面面积；
根据缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样缺口根部断口截面面积以及缺口位于母材区、焊缝区或热影响区的待测焊接构件的试样的缺口根部面积得到缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样缺口根部的断面收缩率。
3.根据权利要求2所述的焊接构件的应力腐蚀敏感性评定方法，其特征在于，所述根据缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样缺口根部断口截面面积以及缺口位于母材区、焊缝区或热影响区的待测焊接构件的试样的缺口根部面积得到缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样缺口根部的断面收缩率，具体包括：
根据公式计算缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样缺口根部的断面收缩率，其中，/>表示缺口位于母材区、焊缝区或热影响区的待测焊接构件的试样缺口根部的断面收缩率，A0表示缺口位于母材区、焊缝区或热影响区的待测焊接构件的试样的缺口根部面积，A1表示缺口位于母材区、焊缝区或热影响区的待测焊接构件的试样缺口根部断口截面面积。
4.根据权利要求1所述的焊接构件的应力腐蚀敏感性评定方法，其特征在于，所述根据缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样缺口根部的断面收缩率计算所述待测焊接构件中母材区、焊缝区和热影响区的应力腐蚀敏感性，具体包括：
根据公式计算待测焊接构件中母材、焊缝或热影响区的应力腐蚀敏感性，其中，I表示待测焊接构件中母材、焊缝或热影响区的应力腐蚀敏感性，/>表示缺口位于母材区、焊缝区或热影响区的待测焊接构件的试样在惰性环境下缺口根部的断面收缩率，/>表示缺口位于母材区、焊缝区或热影响区的待测焊接构件的试样在试验环境下缺口根部的断面收缩率。
5.一种焊接构件的应力腐蚀敏感性评定系统，其特征在于，包括：
力学性能参数确定模块，用于对待测焊接构件进行原位拉伸试验得到所述待测焊接构件的母材区、焊缝区和热影响区的力学性能参数；
缺口尺寸确定模块，用于根据所述待测焊接构件的母材区、焊缝区和热影响区的力学性能参数，通过有限元模拟方法，确定待测焊接构件缺口试样的尺寸和位置；
试样加工模块，用于根据所述待测焊接构件缺口试样的尺寸和位置加工所述待测焊接构件的试样分别得到缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样；
断面收缩率计算模块，用于分别在惰性环境和试验环境下，采用慢应变速率拉伸试验机分别对缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样进行慢拉伸实验直至断裂，得到缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样缺口根部的断面收缩率；所述待测焊接构件的试样缺口根部的断面收缩率包括所述待测焊接构件的试样在惰性环境下的缺口根部的断面收缩率和所述待测焊接构件的试样在试验环境下的缺口根部的断面收缩率；
应力腐蚀敏感性确定模块，用于根据缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样缺口根部的断面收缩率计算所述待测焊接构件中母材区、焊缝区和热影响区的应力腐蚀敏感性；
根据所述待测焊接构件的母材区、焊缝区和热影响区的力学性能参数，通过有限元模拟方法，确定待测焊接构件缺口试样的尺寸和位置，具体包括：
在有限元分析软件中对所述待测焊接构件进行建模得到待测焊接构件模型，将所述待测焊接构件的母材区、焊缝区和热影响区的力学性能参数赋至所述待测焊接构件模型的对应区域，并在所述待测焊接构件模型的母材区、焊缝区和热影响区中任一区确定一个缺口位置，模拟在所述缺口位置时不同缺口尺寸下的拉伸结果，从而确定能使断裂发生于缺口处的缺口尺寸；模拟其他缺口位置区间内的缺口尺寸，统计模拟结果，确定一个能使断裂均发生在缺口位置的缺口尺寸，定为所述待测焊接构件缺口试样的尺寸。
6.根据权利要求5所述的焊接构件的应力腐蚀敏感性评定系统，其特征在于，所述断面收缩率计算模块，具体包括：
缺口根部断口截面面积计算单元，用于分别在惰性环境和试验环境下，采用慢应变速率拉伸试验机分别对缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样进行慢拉伸实验直至断裂，得到缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样缺口根部断口截面面积；所述待测焊接构件的试样缺口根部断口截面面积包括所述待测焊接构件的试样在惰性环境下的缺口根部断口截面面积和所述待测焊接构件的试样在试验环境下的缺口根部断口截面面积；
断面收缩率计算单元，用于根据缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样缺口根部断口截面面积以及缺口位于母材区、焊缝区或热影响区的待测焊接构件的试样的缺口根部面积得到缺口位于母材区、焊缝区和热影响区的待测焊接构件的试样缺口根部的断面收缩率。
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