一种高温合金薄壁管材表面气孔缺陷的模拟及实验方法
【技术领域】
[0001]本发明是一种高温合金薄壁管材表面气孔缺陷的模拟及实验方法，该方法用激光打孔来模拟表面气孔，并采用无损、力学试验和显微分析的技术手段，对其进行验证，属于测量测试技术领域。
【背景技术】
[0002]对于管材的焊接过程，不可避免地会引入气孔缺陷，许多研宄者采用拉伸试验和疲劳试验手段来测试管材的基本力学性能以模拟其实际的工况失效情况，文献报道，在影响裂纹萌生的众多因素中，气孔的位置十分重要，焊接件的实际使用件的失效断口或模拟性能试验断口观察分析显示，断口的裂纹源区存在焊接气孔，缺陷对焊接接头的性能影响很大，气孔越靠近试样表面，疲劳裂纹越易从气孔处萌生。对于壁厚< Imm的薄壁管材，表面气孔缺陷的模拟和评定方法较厚壁管材难于实施。因此，模拟焊接件的表面气孔，并对表面气孔精确地评定，建立典型高温合金薄壁焊接管材表面缺陷的定量评估方法，成为焊接管件试验研宄的重要方面，目前此方面的评估方法未见详细的报道。
【发明内容】
[0003]本发明正是针对上述现有技术中存在的不足而设计提供了一种高温合金薄壁管材表面气孔缺陷的模拟及实验方法，该模拟及实验方法为精确地评定壁厚< 1_的薄壁管材的表面气孔缺陷提供了技术上的基础和支持，该方法采用激光打孔技术，在高温合金管材表面打孔，对材料的氧化、变形、热影响区均较小，而且对于在焊接管材这种倾斜面上加工孔，激光加工是一种可行的方法，然后对高温合金管材进行拉伸试验，建立孔的不同孔径及数量与性能的关系，同时利用扫描电镜观察断口形貌，通过以上试验方法得到的结果，为高温合金薄壁焊接管材表面气孔缺陷的综合评估提供依据。
[0004]本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
[0005]本发明技术方案提供了一种高温合金薄壁管材表面气孔缺陷的模拟及实验方法，所述高温合金薄壁管材的壁厚< 1mm，，所述高温合金薄壁管材的制造按GB/T28295-2012完成，其特征在于:该方法的步骤如下:
[0006]步骤一、采用脉冲激光器，在不同的高温合金薄壁管材试样表面打孔来模拟气孔缺陷，孔的数量为1、2或3个，孔的深度小于管材壁厚的1/4，孔垂直其所在位置处的管材切线方向，孔的垂直角度偏差小于0.02度，其中:
[0007]制备3个打孔数量为I个的管材试样I，孔的直径分别为管材壁厚的1/2、1/3、1/4 ；
[0008]制备3个打孔数量为2个的管材试样II，2个孔的直径相同，分别为管材壁厚的1/2、1/3、1/4，两个孔位于垂直于管材中轴线的同一个横截面上，两孔的间距大于一倍孔的直径并小于两倍孔的直径；
[0009]制备3个打孔数量为3个的管材试样III，3个孔的直径相同，分别为管材壁厚的1/2、1/3、1/4，相邻两孔间的距离相等，该距离大于一倍孔的直径并小于两倍孔的直径；
[0010]管材试样的长度为200mm，孔的加工位置在管材试样长度的中心位置两侧3mm的范围内；
[0011]步骤二、参照GB/T 228-2002中的方法，在拉伸机上对管材试样1、管材试样II和管材试样III进行拉伸试验，拉伸试验的断裂位置要求在孔的加工位置范围内，记录管材试样断裂后的屈服强度和抗拉强度；
[0012]步骤三、针对管材试样1、管材试样II和管材试样III各自孔的不同直径，绘制与屈服强度、抗拉强度的关系曲线；
[0013]针对管材试样1、管材试样II和管材试样III中相同孔的直径、不同孔的个数的管材试样，绘制与屈服强度、抗拉强度的关系曲线；
[0014]步骤四、利用扫描电镜观察管材试样1、管材试样II和管材试样III的断口形貌，绘制管材试样1、管材试样II和管材试样III各自孔的不同直径与断口源区、扩展区和瞬断区面积的关系曲线；
[0015]再针对管材试样1、管材试样II和管材试样III中相同孔的直径、不同孔的个数的管材试样，绘制与断口源区、扩展区和瞬断区面积的关系曲线。
【附图说明】
[0016]图1为实施例中管材试样1、管材试样II和管材试样III中孔的不同直径与抗拉强度的关系曲线
[0017]图2为实施例中管材试样1、管材试样II和管材试样III中相同孔的直径、不同孔的个数的管材试样与抗拉强度的关系曲线
[0018]图3为实施例中管材试样1、管材试样II和管材试样III各自孔的不同直径与断口瞬断区面积的关系曲线
[0019]图4为实施例中管材试样1、管材试样II和管材试样III中相同孔的直径、不同孔的个数的管材试样与断口瞬断区面积的关系曲线
【具体实施方式】
[0020]以下将结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步地详述:
[0021]试验材料为变形高温合金GH625，薄壁管材的厚度为1_，该高温合金薄壁管材的制造按照GB/T28295-2012和QS/10-0406-2004完成，采用本发明所述的方法进行管材表面气孔缺陷的模拟及实验的步骤如下:
[0022]步骤一、采用脉冲激光器，高能量脉冲激光束通过聚焦系统聚焦在工件上，在焦点处产生高功率密度的光斑，该光斑照射到工件表面，使照射区温度急剧升高，材料熔化、汽化形成孔，孔的大小由XY轴运动来决定，打孔深度通过调整激光单点能量，出光频率以及重复次数综合确定。利用电子软件控制孔的宽度和深度。预制的表面气孔缺陷内壁应光滑，预制的表面气孔内应不存在裂纹等其它缺陷。
[0023]设计并控制激光打孔的尺寸和数量。孔的数量为1、2或3个，孔的深度为0.25mm，孔垂直其所在位置处的管材切线方向，孔的垂直角度偏差小于0.02度。管材试样的长度为200mm，管材外径尺寸为18mm，孔的加工位置在管材试样长度的中心焊缝区；其中:
[0024]制备3个打孔数量为I个的管材试样I，孔的直径分别为0.25mm,0.35mm,0.5mm ；
[0025]制备3个打孔数量为2个的管材试样II，2个孔的直径相同，分别为0.25mm、0.