35mm,0.5mm，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；
[0026]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0.25mm、0.35mm,0.5mm，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；
[0027]步骤二、利用无损检测方法CT扫描，检测孔内是否存在裂纹等其它缺陷，并对孔的尺寸作检测，与激光打孔装置中软件系统设置的尺寸进行对比，最终孔的尺寸以激光打孔设置的尺寸为准；
[0028]步骤三、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抗拉强度；
[0029]步骤四、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，绘制与抗拉强度的关系曲线，见图1所示；
[0030]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，绘制与抗拉强度的关系曲线，见图2所示；
[0031]步骤五、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瞬断区面积的关系曲线，见图3所示；
[0032]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，绘制与断口瞬断区面积的关系曲线，见图4所示。
[0033]本发明技术方案采用激光脉冲在管材焊接中心段打孔，通过调整激光单点能量、出光频率以及重复次数综合确定打孔的尺寸，利用电子软件控制孔的宽度和深度，可准确高效地模拟管材的焊接气孔。激光打孔适合于在高温合金这种熔点高硬度大的材质上加工，激光加工时间较短，对于高温合金来说，不会造成材料的氧化、变形，热影响区很小，因此可高质量地完成打孔过程。CT扫描可对孔的质量进行评判，检测孔内是否有裂纹等其它缺陷。通过拉伸试验，得到孔的尺寸和数量与拉伸强度间的曲线关系，从曲线可判定随着孔的尺寸和数量的增大，管材的拉伸强度是逐渐降低的，孔的数量较多且尺寸较大时，管材的拉伸强度很低，当管材焊接部位存在密集或尺寸较大的缺陷时，可考虑废除该零件。通过扫描电镜检测拉伸断口，得到孔的尺寸和数量与断口特征值间的曲线关系，从曲线可判定随着孔的尺寸和数量的增大，管材拉伸断口的瞬断区面积逐渐增大，表明管材承受外加应力的能力降低，即强度降低。也可参考以上四张曲线图进行反推，通过断口特征值可反推气孔的尺寸以及焊管的质量，通过拉伸强度的数值可推测是否存在气孔等其它缺陷。
[0034]通过以上试验手段实现了典型高温合金薄壁焊接管材表面气孔缺陷的综合评估试验方法，该方法主要是试用变形高温合金管材。以上模拟和测试评估方法可用于制作管材的其它变形高温合金，已知管材的强度或断口特征值可推测其焊接质量。
【主权项】
1.一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: 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: 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 ;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； 制备3个打孔数量为3个的管材试样111，3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； 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； 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； 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； 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； 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； 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。
【专利摘要】本发明公开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，该方法通过模拟焊接件的表面气孔和对气孔精确地评定，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，其技术方案的要点是，首先利用激光打孔方法对焊接管材表面打孔，设计并控制孔的尺寸和数量；利用无损检测方法CT扫描，检测孔洞的表面直径和深度；利用拉伸试验测试管材的力学性能，保证管材在气孔位置拉断；利用扫描电镜观察断口形貌，确定气孔尺寸与拉伸性能的关系，确定气孔的数量与拉伸性能和断口特征的关系；通过以上试验手段，形成气孔的尺寸和数量，与性能和断口特征的关系，最终实现典型高温合金薄壁焊接管材表面气孔缺陷的综合评估试验方法。
【IPC分类】B23K31-12, B23K101-06
【公开号】CN104842085
【申请号】CN201510202450
【发明人】顾玉丽, 陶春虎, 刘昌奎
【申请人】中国航空工业集团公司北京航空材料研究院
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年4月24日