一种避免dwtt异常断口的试样及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于材料韧性测试的技术领域，涉及一种避免DWTT异常断口的试样及其 制备方法。
【背景技术】
[0002] 对于油气输送管道，材料韧性是其的力学性能之一。韧性测试采用的主要方法有： 小试样的冲击试验（CVN)和基于线弹性KIC及基于弹塑性断裂力学的J积分、裂纹尖端张 开位移（CTOD)试验，以及大试样的落锤撕裂试验和全尺寸实物爆破试验。小试样的夏比冲 击试验简便易行，能测试金属材料的抗冲击能量和断口韧脆面积，但由于能量测试范围小， 试验时采用小尺寸试样，不能将所测试的韧脆转变温度等同于金属材料实际的韧脆转变温 度，尤其是对于厚度较大的材料。基于线弹性力学的KIC和基于弹塑性断裂力学的J积分 及裂纹尖端张开位移（CTOD)可以定量进行结构的韧性设计和校核，但试验过程相当复杂， 在实际材料测试中应用并不多。全尺寸爆破试验可以真实反映材料抗断裂的能力，但试验 成本昂贵，试验介周期长。大试样落锤撕裂试验（DWTT)是一种动态撕裂试验，常常通过测 试金属材料的撕裂断口的剪切面积来判断其断裂韧性好坏，试验简便，成本低，其测试结果 更符合材料实际的服役条件。
[0003] 随着TMCP乳制工艺的采用和工程服役条件需要，强度高、厚度大、抗动态撕裂韧 性好的金属材料开成功发，并在重大油气输送管道工程和重大装备上得到应用。但这些材 料在采用标准的DWTT试样进行落锤撕裂试验时很容易出现异常断口，即在试样缺口下为 韧性断裂接着转化为解理断裂，这种情况在API RP 5L3中规定为试样无效，需要重新取样 试验，但重新试验仍避免不了异常断口的产生，而且极大浪费时间和成本。虽然通过大量研 究，有文献和相关标准提出了异常断口剪切面积百分比的评判，但异常断口形貌相当复杂， 对异常断口有效性的评价具有很高的技术性，并且所采用的异常断口评判方法缺少理论支 持，一定程度上还存在争议。同时，大壁厚、强韧性管线钢DWTT试验异常断口与正常断口形 貌大有不同，与实物爆破试验断口的相关性也极大降低。现有研究成果表明，DWTT异常断 口产生的主要原因在于材料的强度高、韧性塑性好、厚度较大，导致重锤锤击时，试样启裂 困难，在锤击侧产生严重的加工硬化和厚度增加的现象。因此，为了避免大壁厚、强韧性管 线钢DWTT试验异常断口的产生，需要选设计一种新的DWTT试样，克服启裂困难、锤击侧加 工硬化严重的现象。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于针对现有标准DWTT试样存在的局限性，提供一种避免DWTT异 常断口的试样及其制备方法。
[0005] 为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
[0006] -种避免DWTT异常断口的试样，包括标准试样，标准试样的锤击侧的中部预制一 个用于承载重锤锤击时能量的L型切口，在锤击侧对侧的V型缺口根部预制一个用于消除 V型缺口根部加工变形影响的I型切口。
[0007] 本发明进一步的改进在于：
[0008] 所述V型缺口的深度为5±0.5謹，角度为45° ±2°。
[0009] 所述I型切口在标准试样宽度方向的深度为5±0. 2mm。
[0010] 所述L型切口在标准试样宽度方向的深度为10±0. 2mm，沿长度方向的长度为 20 + 0. 5mm〇
[0011] 所述L型切口长边的中点位于标准试样的中心线上。
[0012] 本发明还公开了一种避免DWTT异常断口试样的制备方法，包括以下步骤：
[0013] 第一步，先采用锯切和铣削的方法加工试样坯，并在试样坯的一侧中心线处压制 一个深度为5±0.5mm，角度为45° ±2°的V型缺口；
[0014] 第二步，在V型缺口的根部，采用电火花线切割一个深度为5 ± 0.2mm的I型切口；
[0015] 第三步，在V型缺口的对侧，采用电火花线切割一个在试样宽度方向深度为 10 ±0. 2mm，沿长度方向长度为20 ±0. 5mm的L型切口。
[0016] 其中，电火花线切割L型切口和I型切口所采用的钼丝的直径小于或等于0. 15mm。
[0017] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0018] 本发明在标准试样的锤击侧开设L型切口，在其对侧的V型缺口的根部开设I型 切口，L型切口的主要作用是承载重锤锤击时的能量，阻隔锤击侧试样加工硬化区域扩展， 减少试样因锤击产生压缩变形，并将锤击能量传递到试样缺口根部，使DWTT试样瞬间撕 裂。I型切口的主要作用是消除V型缺口根部的加工变形影响，切口根部应力更加集中，使 得DWTT试样裂纹萌生更为容易，进一步减小锤击侧的变形。因此，本发明在重锤锤击时启 裂更容易，降低了锤击侧的加工硬化，可以有效降低或消除DWTT异常断口产生，试验结果 更接近实际爆破断口，减少重复试验，节约试验成本，且制备方法简单，经济适用。
【附图说明】
[0019] 图1为本发明的整体结构示意图；
[0020] 图2为图1中A-A方向的侧剖图；
[0021] 图3为本发明的俯视图。
[0022] 其中，1为标准试样；2为L型切口；3为V型缺口；4为I型切口。
【具体实施方式】
[0023] 为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，下面对本 发明的实施例作详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用 于限定本发明。
[0024] 参见图1，本发明是在标准试样1的锤击侧中部预制一个L型切口 2和在V型缺 口 3根部预制一个I型切口 4。L型切口 2的主要作用是承载重锤锤击时的能量，阻隔锤击 侧试样加工硬化区域扩展，减少试样因锤击产生压缩变形，并将锤击能量传递到试样缺口 根部，使DWTT试样瞬间撕裂。I型切口 4的主要作用是消除V型缺口 3根部的加工变形影 响，切口根部应力更加集中，使得DWTT试样裂纹萌生更为容易，进一步减小锤击侧的变形。 在L型切口 2和I型切口 4作用下，可以避免DWTT异常断口的产生。
[0025] 其中，L型切口 2在试样宽度方向的深度为10±0. 2mm，沿试样长度方向的长度为 20±0. 5mm。I型切口 4在试样宽度方向的深度为5±0. 2mm。L型切口 2制备时，L型切口 2位于试样的锤击侧（V型缺口 3对侧），并且位于试样中心线。I型切口 4制备时，I型切 口 4位于V型缺口 3根部。
[0026] 本发明还公开了一种避免DWTT异常断口的试样制备方法，包括如下步骤：
[0027] 第一步，标准落锤试样制作。先采用锯切和铣削的方法，加工试样坯，并在试样坯 的一侧压制深度为5±0. 5mm，角度为45° ±2°的V型缺口 3。
[0028] 第二步，I型切口 4加工。在V型缺口 3根部，采用电火花线切割一个I型切口 4。
[0029] 第三步，L型切口 2加工。在V型缺口 3对侧（锤击侧），采用电火花线切割一个 L型切口 2。其中，电火花线切割L型切口 2和I型切口 4所采用的钼丝直径须小于或等于 0. 15mm〇
[0030] 实施例
[0031] 以厚度33. Omm X80管线钢的DWTT试样为例。
[0032] 参见图1，本发明实例提供的一种避免DWTT异常断口的试样，该试样是在标准试 样1的锤击侧中部预制一个L型切口 2和在V型缺口 3根部预制一个I型切口 4。
[0033] 制备方法按照如下步骤制备：
[0034] 步骤一、标准落锤试样制作。先采用锯切和铣削的方法，加工试样坯，并在试样坯 的一侧中心线处压制深度为5±0. 5mm，角度为45° ±2°的V型缺口 3。
[0035] 步骤二、I型切口 4加工。在V型缺口 3根部，采用电火花线切割一个I型切口 4。 该I切口在试样宽度方向的深度为5±0. 2mm。
[0036] 步骤三、L型切口 2加工。在V型缺口 3对侧（锤击侧），采用电火花线切割一个 L型切口 2。该L型切口 2位于试样中心线，在试样宽度方向的深度为10±0. 2_，沿试样长 度的长度为20±0. 5mm。其中，电火花线切割L型切口 2和I型切口 4所采用的钼丝直径为 0. 15mm〇
[0037] 本发明实施例和标准试样断口剪切面积评定结果对比见表1。
[0038] 表1本发明实施例和标准试样断口剪切面积评定结果
[0039]
[0040] 以上通过具体的和优选的实施例详细的描述了本发明，但本领域技术人员应该明 白，本发明并不局限于以上所述实施例，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、 等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种避免DWTT异常断口的试样，其特征在于：包括标准试样（I)，标准试样⑴的锤 击侧的中部预制一个用于承载重锤锤击时能量的L型切口（2)，在锤击侧对侧的V型缺口 (3)根部预制一个用于消除V型缺口（3)根部加工变形影响的I型切口（4)。2. 根据权利要求1所述的避免DWTT异常断口的试样，其特征在于：所述V型缺口（3) 的深度为5±0. 5mm，角度为45° ±2°。3. 根据权利要求1所述的避免DWTT异常断口的试样，其特征在于：所述I型切口（4) 在标准试样（1)宽度方向的深度为5±0. 2mm。4. 根据权利要求1所述的避免DWTT异常断口的试样，其特征在于：所述L型切口（2) 在标准试样（1)宽度方向的深度为l〇±〇. 2mm，沿长度方向的长度为20±0. 5mm。5. 根据权利要求1所述的避免DWTT异常断口的试样，其特征在于：所述L型切口（2) 长边的中点位于标准试样（1)的中心线上。6. -种如权利要求1所述避免DWTT异常断口试样的制备方法，其特征在于，包括以下 步骤： 第一步，先采用锯切和铣削的方法加工试样坯，并在试样坯的一侧中心线处压制一个 深度为5±0. 5mm，角度为45° ±2°的V型缺口（3); 第二步，在V型缺口（3)的根部，采用电火花线切割一个深度为5±0. 2mm的I型切口 ⑷； 第三步，在V型缺口（3)的对侧，采用电火花线切割一个在试样宽度方向深度为 10 ±0. 2mm，沿长度方向长度为20 ±0. 5mm的L型切口（2)。7. 根据权利要求6所述的避免DWTT异常断口的试样，其特征在于：电火花线切割L型 切口⑵和I型切口⑷所采用的钼丝的直径小于或等于0. 15mm。
【专利摘要】本发明公开了一种避免DWTT异常断口的试样及其制备方法，属于材料韧性测试领域。该DWTT试样是在标准试样的锤击侧中部预制一个L型切口和在V型缺口根部预制一个I型切口。该L型切口和I型切口采用电火花线切割方法制备，L型切口在试样宽度方向的深度为10±0.2mm，沿试样长度的长为20±0.5mm；I型切口在试样宽度方向的深度为5±0.2mm。电火花线切割L型切口和I型切口所采用的钼丝直径须小于或等于0.15mm。本发明提供的DWTT试样在重锤锤击时启裂更容易，降低了锤击侧的加工硬化，可以有效降低或消除DWTT异常断口产生，试验结果更接近实际爆破断口，节约试验成本。
【IPC分类】G01N3/34, G01N1/28, G01N3/02
【公开号】CN105092335
【申请号】CN201510531840
【发明人】何小东, 梁明华
【申请人】中国石油天然气集团公司, 中国石油天然气集团公司管材研究所
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年8月26日