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焊接接头是由焊缝,热影响区和母材组成的组织不均匀体,不同区域的韧性有一定差异。其中,焊接热影响区是整个接头最薄弱的环节,其宽度仅有零点几个毫米,在这狭小区域内的韧性又可分为粗晶区韧性和细晶区韧性。这些微小区域的性能对接头整体性能的提高起着不可缺少的作用,而常规的力学性能试验又很难准确对其进行评价。 本文采用一种新型的检测焊接接头局部力学性能的方法—双孔微剪切试验,对焊接接头的局部韧性进行评价。得到了以下主要研究结果: (1)针对双孔微剪切试验评价焊接接头局部力学性能的要求,研制了一种操作简单、可实现自动化检测、便于现场测量的试验装置。它由装置固定单元、驱动加载剪切单元、位移-载荷检测单元、电路控制单元四部分组成。 (2)利用该试验装置,通过改变剪切厚度、剪切间距和加载速率三个参数,对铁素体不锈钢进行了多次剪切试验,分别得到了三个参数与剪应力的关系曲线。结果表明:当剪切间隙大于0.27mm,剪切厚度在0.1~0.53mm之间,最大剪应力和屈服剪应力值稳定,波动性小。另外,加载速率对剪应力的影响作用较小。 (3)为了和冲击试验作对比,首先,以X70管线钢为研究对象,借助热模拟试验技术和超窄间隙焊接方法,得到了不同热输入下焊接热影响区粗晶区的组织,即不同韧性的试样,并测试了其冲击功。然后,利用设计的低温双孔微剪切试验装置对热模拟试样进行了系列温度下的剪切试验,得到了其剪切载荷-位移曲线,求出了对应的剪切功。最后,将剪切功和冲击功进行对比分析。结果表明:仅在室温下,剪切功与冲击功并没有规律性。而温度—剪切功曲线,与温度—冲击功曲线类似,有上下平台和明显的韧脆转变区,但前者曲线上的韧脆转变温度TDHM要远低于后者曲线上的韧脆转变温度 TCVN(50%FATT),通过分析得到了二者之间关系的经验公式。 (4)通过对剪切断口形貌进行分析,剪切断口主要包括滑移带和撕裂带两部分,随着温度下降,滑移带面积逐渐减小,撕裂带面积逐渐增加,韧脆转变温度TDHM对应的滑移带面积为60%,撕裂带面积为40%,即可以通过断口形貌定义韧脆转变温度TDHM。 (5)通过对X70管线钢焊接接头进行双孔微剪切试验,得到了接头局部区域的剪切功与温度的关系曲线。结果表明:焊缝中心的韧脆转变温度TDHM最低,约低至-120℃,而距焊缝中心3mm的热影响区(接近熔合线)TDHM最高,约-100℃,这进一步验证了可以通过双孔微剪切试验评价焊接接头的局部韧性。