一种不损坏断口的金属工件裂纹打开方法与流程

本发明属于材料失效分析技术领域，具体涉及一种不损坏断口的金属工件裂纹打开方法。

背景技术：

金属工件开裂/断裂是部件失效的最常见形式，在工业生产中经常发生且常常造成严重后果，为了彻底解决问题，防止同类事故再次发生，一般需要对工件开裂原因进行分析，对断口表面微观形貌观察可分析开裂性质是确定工件失效原因的重要步骤，可根据断口形貌确定材料是否有宏观及微观缺陷，裂纹源区以及走向、断口性质等，在失效分析中的作用不可替代。

但是重要部件的定期检验往往能够在部件尚未断裂甚至裂纹未贯穿前及时发现，大大减小可能发生的损失，在这种情况下，在不损坏断口表面的情况下打开裂纹非常重要。

cn108857302a提出了一种比较常见的金属工件裂纹打开方法，通过将金属工件切割后固定在台虎钳上，人工敲打使裂纹张开，受到台虎钳夹持方式限制，这种方式仅能用于外形规则、裂纹走向较为平直的工件；受人工的力量限制，工件的总尺寸以及工件上尚未开裂的区域尺寸都不能太大。此外，这种方法还存在工件打断时飞出易伤人的风险。

cn109759810a公开了一种金属工件裂纹打开装置及打开方法，在工件裂纹两端设置销轴，利用楔形部件对销轴的作用力将裂纹打开，这种方法对工件上打孔，安装销轴，且往往需要安装多对销轴，操作复杂，对工件造成损坏，同时在工件内部裂纹走向不清楚的情况下打孔，可能会损坏断口。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述现有技术中存在的问题，提供了一种不损坏断口的金属工件裂纹打开方法。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种不损坏断口的金属工件裂纹打开方法，包括以下步骤：

1)将含裂纹工件切割成包含裂纹的块状，块体端面到裂纹尖端保持设定距离；

2)在具有压缩功能的试验机上安装可使含裂纹块体三点受力的夹具；

3)将含裂纹块体放置在试验机上下夹具中间；

4)使试验机上夹具向下移动至与含裂纹块体三点接触；

5)使试验机上夹具缓慢向下移动，对含裂纹块体施加应力使裂纹张开。

本发明进一步的改进在于，还包括步骤：

6)裂纹打开后取下进行观察和分析。

本发明进一步的改进在于，所述第5步对含裂纹块体施加应力使裂纹张开过程中，采用交替加大应力和减小应力。

本发明进一步的改进在于，对于规则形状的含裂纹块体，采用三点弯曲夹具。

本发明进一步的改进在于，对于不规则的含裂纹块体，采用压扁夹具或三点弯曲夹具。

本发明进一步的改进在于，施加应力过程中，裂纹最长的表面处于两个受力点中间，裂纹走向与两个受力点连线垂直，裂纹根部附近表面为第三个受力点。

本发明进一步的改进在于，所述裂纹尖端到块体表面最小距离在0.5～20mm范围内。

本发明进一步的改进在于，所述在将含裂纹块体放置在试验机上下夹具中间之前，先将含裂纹块体浸泡在液氮中降温，以减小裂纹打开所需的应力以及可能产生的塑性变形。

本发明至少具有如下有益的技术效果：

本发明提供的一种不损坏断口的金属工件裂纹打开方法，利用有压缩功能的试验机，与现有技术相比，有以下优点：

1、不破坏断口，确保失效分析结果可靠。

2、与人工敲击相比，省时省力。

3、对工件尺寸和形状要求低，适用于异形以及大尺寸工件。

4、操作安全，无工件断裂后飞出伤人的风险。

附图说明

图1是本发明实施例1裂纹形貌。

图2是本发明实施例1工件加载示意图。

图3是本发明实施例2规则形状工件三点弯曲法打开裂纹加载示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

实施例1

样品为某角焊缝开裂的集箱接管座

裂纹形貌如图1所示，工件形状不规则，且尺寸较大，裂纹走向不平直，采用常规的台虎钳固定和手工敲击无法将其打开。采用压扁夹具打开裂纹的加载示意图见图2。

第一步，采用电火花切割方式将多余金属切除成含裂纹v型块体。

第二步，在万能试验机上安装压扁试验夹具，将含裂纹v型块体在液氮中浸泡低温冷却。

第三步，将块体放置在试验机下夹具上，向下移动上夹具，使上夹具分别与v型两个上顶点接触，v型块体下顶点与下夹具接触。

第四步，控制试验机上夹具缓慢向下移动，增大应力，使裂纹轻微张开。

第五步，减小试验机应力，使v型块体两个上顶点可根据张口情况可轻微移动位置。

第六步，增大应力使裂纹以更大角度张开。

第七步，重复第五步和第六步，直至断口被打开，即可取下观察分析。

实施例2

样品为某规则形状工件

样品形状规则，采用三点弯曲法打开裂纹，加载示意图如图3所示。

第一步，将多余金属切除成含裂纹规则块体。

第二步，在万能试验机上安装弯曲试验夹具，将含裂纹规则块体在液氮中浸泡低温冷却。

第三步，将块体放置在试验机下夹具上，并使裂纹方向朝下，位置在两个支撑点中心。向下移动上夹具，使上夹具与裂纹背侧表面接触。

第四步，控制试验机上夹具缓慢向下移动，增大应力，使裂纹张开，直至断口被打开，即可取下观察分析。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

技术特征：

1.一种不损坏断口的金属工件裂纹打开方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将含裂纹工件切割成包含裂纹的块状，块体端面到裂纹尖端保持设定距离；

2)在具有压缩功能的试验机上安装可使含裂纹块体三点受力的夹具；

3)将含裂纹块体放置在试验机上下夹具中间；

4)使试验机上夹具向下移动至与含裂纹块体三点接触；

5)使试验机上夹具缓慢向下移动，对含裂纹块体施加应力使裂纹张开。

2.根据权利要求1所述的一种不损坏断口的金属工件裂纹打开方法，其特征在于，还包括步骤：

6)裂纹打开后取下进行观察和分析。

3.根据权利要求1或2所述的一种不损坏断口的金属工件裂纹打开方法，其特征在于，所述第5步对含裂纹块体施加应力使裂纹张开过程中，采用交替加大应力和减小应力。

4.根据权利要求1或2所述的一种不损坏断口的金属工件裂纹打开方法，其特征在于，对于规则形状的含裂纹块体，采用三点弯曲夹具。

5.根据权利要求1或2所述的一种不损坏断口的金属工件裂纹打开方法，其特征在于，对于不规则的含裂纹块体，采用压扁夹具或三点弯曲夹具。

6.根据权利要求1或2所述的一种不损坏断口的金属工件裂纹打开方法，其特征在于，施加应力过程中，裂纹最长的表面处于两个受力点中间，裂纹走向与两个受力点连线垂直，裂纹根部附近表面为第三个受力点。

7.根据权利要求1或2所述的一种不损坏断口的金属工件裂纹打开方法，其特征在于，所述裂纹尖端到块体表面最小距离在0.5～20mm范围内。

8.根据权利要求1或2所述的一种不损坏断口的金属工件裂纹打开方法，其特征在于，所述在将含裂纹块体放置在试验机上下夹具中间之前，先将含裂纹块体浸泡在液氮中降温，以减小裂纹打开所需的应力以及可能产生的塑性变形。

技术总结
本发明公开了一种不损坏断口的金属工件裂纹打开方法，属于材料失效分析技术领域，包括：1)将含裂纹工件切割成包含裂纹的块状，块体端面到裂纹尖端保持设定距离；2)在具有压缩功能的试验机上安装可使含裂纹块体三点受力的夹具；3)将含裂纹块体放置在试验机上下夹具中间；4)使试验机上夹具向下移动至与含裂纹块体三点接触；5)使试验机上夹具缓慢向下移动，对含裂纹块体施加应力使裂纹张开。本发明采用具有压缩功能的试验机，利用三点弯曲原理将工件裂纹无损的打开，打开过程中不破坏断口，确保失效分析结果可靠，对工件尺寸和形状要求低，可用于异形以及大尺寸工件，与人工敲击相比，省时省力，操作安全，无工件断裂后飞出伤人的风险。

技术研发人员：唐丽英;何晓东;王博涵;刘雪峰;李季;李江;周荣灿;杨分
受保护的技术使用者：华能国际电力股份有限公司;西安热工研究院有限公司
技术研发日：2021.03.19
技术公布日：2021.07.23