一种金属焊接试片低温力学性能光学测试方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于结构低温力学性能测试分析技术领域，具体涉及一种金属焊接试片低 温力学性能光学测试方法。
【背景技术】
[0002] 低温技术在航天领域用途广泛，航天器构件在空天环境可能经受真空、低温，要求 结构在低温条件下具有高强度并保持良好的初性和低的热性能参数，同时又需要轻质等物 理特性。国内外航天低温结构器件主要应用的结构材料有铁基合金、铅基合金、铁媒基及媒 基低温合金、金属基复合材料等。在送些材料当中，尤其W铅合金在零下25(TC~25(TC的 温度范围内，具有良好的加工性能、高的比强度、抗腐蚀性能W及较高的初性，被认为是航 空航天工业中最具应用前景的轻质高强结构材料从而被广泛的应用于液体火箭推进器胆 箱W储存液体燃料。在航天器胆箱的制造过程中，由于尺寸较大、形状为筒状，其成型、筒段 拼接多采用焊接技术。焊接结构的强度薄弱环节一般在焊缝，因此研究金属焊接结构在低 温环境下的力学性能具有重要意义。
[0003] 目前，一些学者针对铅合金和其他金属焊接结构进行了大量的试验研究。送些研 究方法主要针对常温环境下铅合金焊接结构的力学性能W及低温环境下焊接头整体低温 力学性能。由于在低温下铅合金焊接结构不同区域的力学性能存在较大区别，因此现有技 术没有针对低温环境下焊接结构不同区域的力学性能研究。
[0004] 虽然光学测试方法具有全场测量的优点，但是在低温环境下应用光学测试方法对 焊接结构的研究较少。并且由于铅合金焊接结构性能评定标准还不完善，低温试验条件和 技术的限制，存在低温环境下的光学测试存在焊接试片结霜、存在折射误差等技术问题，目 前现有技术中未见对于金属低温性能光学测试分析方法的研究，因此需要提供一种低温环 境下进行金属焊接结构力学性能的测试方法。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是解决采用现有金属焊接结构力学性能测试方法不适用于低温和 超低温环境的技术问题，提供一种金属焊接试片低温力学性能光学测试方法。
[0006] 本发明的技术方案为：一种金属焊接试片低温力学性能光学测试方法，依次包括 如下步骤：
[0007] 步骤1.制作焊接试片，将两种待测金属材料薄片对焊形成哑铃状的标准拉伸试 片，将焊接试片分为焊接区、热影响区和母材区；将焊接试片上表面喷白色底漆，然后再喷 撒黑色漆形成散斑图；
[0008] 步骤2.将焊接试片一端固定，向另一端沿焊接试片轴线方向施加载荷，然后将焊 接试片置于低温环境下；所述低温环境由液氮或其他液态介质提供，焊接试片的下部位于 液态介质内，上表面露出液面；
[0009] 步骤3.在距离焊接试片上方安装数字相机，数字相机通过数据线连接到数据采 集系统；
[0010] 步骤4.在不施加载荷的情况下，通过数字相机记录焊接试片的散斑图像；然后施 加载荷，通过数字相机记录焊接试片的散斑图像；
[0011] 步骤5.按照步骤1中定义的Η个区域，通过步骤4获得的焊接试片在施加载荷前 后的散斑图像，分别计算Η个区域各自的应变值；并通过焊接试片轴线上关于焊缝中必对 称且位于母材区的两点计算得到焊接试片的整体应变值；
[0012] 步骤6.根据步骤5得到的焊接试片各区域应变值和整体应变值计算各区域和焊 接试片整体的工程应力、测试应力、强度极限和伸长率，得到烙焊焊接试片的力学性能参 数。
[0013] 所述光学测试方法还包括步骤7.对步骤5得到的焊接试片各区域应变值和步骤6 得到的焊接试片各区域力学性能参数进行结合分析，得到焊接结构不同区域的力学性能差 异。
[0014] 所述光学测试方法还包括步骤8.按照步骤1制作不同焊接方式的焊接试片，然后 重复步骤2至步骤6,得到不同焊接试片的力学性能参数并进行比较，得到不同焊接方式的 焊接结构的力学性能差异。
[0015] 所述光学测试方法还包括步骤9.按照步骤1制作金属不同热处理方式的焊接试 片，然后重复步骤2至步骤6,得到不同焊接试片的力学性能参数并进行比较，得到金属不 同热处理方式的焊接结构的力学性能差异。
[0016] 所述光学测试方法还包括步骤10.按照步骤1制作不同金属的焊接试片，然后重 复步骤2至步骤6,得到不同焊接试片的力学性能参数并进行比较，得到不同金属焊接结构 的力学性能差异。
[0017] 所述金属焊接试片为铅合金焊接试片。
[001引所述焊接试片的热影响区为两条烙合线至烙合线外2~8mm的区域，优选为5mm。
[0019] 所述步骤3中数字相机的光轴垂直于被测表面。
[0020] 本发明的有益效果；本发明的测试方法可W适用于铅合金和其他类型的金属，不 同焊接方式形成的焊接结构在超低温环境下力学性能的测试。与现有技术相比，本实施例 的金属焊接试片低温和超低温力学性能测试方法将金属焊接试片分为不同区域，提高了测 量的准确度；同时通过将焊接试片部分放置于液氮中形成氮气气封避免了焊接试片结霜， 解决了光学测试方法不能用于低温环境下力学性能测试的技术问题。同时本方法还具有操 作简便，测量精度高等优点。
【附图说明】
[0021] 图1是本发明的焊接试片的结构示意图；
[0022] 图2是本发明的焊接试片的安装示意图；
[0023] 图3是本发明的烙焊焊接试片不同区域的应变值数据；
[0024] 图4是本发明的揽拌摩擦焊焊接试片不同区域的应变值数据；
[0025] 图5为本发明揽拌摩擦焊焊接试片的热影响区为不同测量长度时测试数据对比；
[0026] 图6为本发明烙焊焊接试片的热影响区为不同测量长度时测试数据对比；
[0027] 图中；1.焊接试片，1-1焊缝区，1-2.热影响区，1-3.母材区，2.夹具，3.钢丝绳， 4.液氮，5.氮气，6.定滑轮，7.数字相机，8.数据采集设备。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细描述：
[0029] 实施例1
[0030] -种金属焊接试片低温力学性能测试方法，依次包括如下步骤：
[0031] 步骤1.制作焊接试片1，将两种待测金属材料薄片对焊形成哑铃状的标准拉伸试 片，将焊接试片1分为焊接区、热影响区1-2和母材区1-3 ;为便于测试识别，首先将焊接试 片1上表面喷白色底漆，然后再喷撒黑色漆形成散斑图，用于标识试片的不同位置；
[0032] 步骤2.将焊接试片1 一端固定，向另一端沿焊接试片1轴线方向施加载荷，然后 将焊接试片1置于超低温环境下；低温环境由液氮介质或其他能提供低温环境的液态介质 提供，焊接试片1的下部位于液态介质内，上表面露出液面，上表面为被侧表面，由于焊接 试片1上部气体为液态介质蒸发后的低温气体，该气体可W形成纯度很高的该气体环境， 排除空气及其中的水蒸气，防止焊接试片1表面结霜；
[0033] 步骤3.在距离焊接试片1上方安装数字相机，数字相机的光轴垂直于被测表面， 数字相机通过数据线连接到数据采集系统；由于温度梯度理论方向为竖直方向，数字相机 的光轴同样为竖直方向，因此基本避免了光线传输时由于温度梯度引起的折射误差；
[0034] 步骤4.在不施