一種避免dwtt異常斷口的試樣及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于材料韌性測試的技術領域，涉及一種避免DWTT異常斷口的試樣及其 制備方法。
【背景技術】
[0002] 對于油氣輸送管道，材料韌性是其的力學性能之一。韌性測試采用的主要方法有： 小試樣的沖擊試驗（CVN)和基于線彈性KIC及基于彈塑性斷裂力學的J積分、裂紋尖端張 開位移（CTOD)試驗，以及大試樣的落錘撕裂試驗和全尺寸實物爆破試驗。小試樣的夏比沖 擊試驗簡便易行，能測試金屬材料的抗沖擊能量和斷口韌脆面積，但由于能量測試范圍小， 試驗時采用小尺寸試樣，不能將所測試的韌脆轉(zhuǎn)變溫度等同于金屬材料實際的韌脆轉(zhuǎn)變溫 度，尤其是對于厚度較大的材料?；诰€彈性力學的KIC和基于彈塑性斷裂力學的J積分 及裂紋尖端張開位移（CTOD)可以定量進行結構的韌性設計和校核，但試驗過程相當復雜， 在實際材料測試中應用并不多。全尺寸爆破試驗可以真實反映材料抗斷裂的能力，但試驗 成本昂貴，試驗介周期長。大試樣落錘撕裂試驗（DWTT)是一種動態(tài)撕裂試驗，常常通過測 試金屬材料的撕裂斷口的剪切面積來判斷其斷裂韌性好壞，試驗簡便，成本低，其測試結果 更符合材料實際的服役條件。
[0003] 隨著TMCP乳制工藝的采用和工程服役條件需要，強度高、厚度大、抗動態(tài)撕裂韌 性好的金屬材料開成功發(fā)，并在重大油氣輸送管道工程和重大裝備上得到應用。但這些材 料在采用標準的DWTT試樣進行落錘撕裂試驗時很容易出現(xiàn)異常斷口，即在試樣缺口下為 韌性斷裂接著轉(zhuǎn)化為解理斷裂，這種情況在API RP 5L3中規(guī)定為試樣無效，需要重新取樣 試驗，但重新試驗仍避免不了異常斷口的產(chǎn)生，而且極大浪費時間和成本。雖然通過大量研 究，有文獻和相關標準提出了異常斷口剪切面積百分比的評判，但異常斷口形貌相當復雜， 對異常斷口有效性的評價具有很高的技術性，并且所采用的異常斷口評判方法缺少理論支 持，一定程度上還存在爭議。同時，大壁厚、強韌性管線鋼DWTT試驗異常斷口與正常斷口形 貌大有不同，與實物爆破試驗斷口的相關性也極大降低?，F(xiàn)有研究成果表明，DWTT異常斷 口產(chǎn)生的主要原因在于材料的強度高、韌性塑性好、厚度較大，導致重錘錘擊時，試樣啟裂 困難，在錘擊側產(chǎn)生嚴重的加工硬化和厚度增加的現(xiàn)象。因此，為了避免大壁厚、強韌性管 線鋼DWTT試驗異常斷口的產(chǎn)生，需要選設計一種新的DWTT試樣，克服啟裂困難、錘擊側加 工硬化嚴重的現(xiàn)象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有標準DWTT試樣存在的局限性，提供一種避免DWTT異 常斷口的試樣及其制備方法。
[0005] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案予以實現(xiàn)：
[0006] -種避免DWTT異常斷口的試樣，包括標準試樣，標準試樣的錘擊側的中部預制一 個用于承載重錘錘擊時能量的L型切口，在錘擊側對側的V型缺口根部預制一個用于消除 V型缺口根部加工變形影響的I型切口。
[0007] 本發(fā)明進一步的改進在于：
[0008] 所述V型缺口的深度為5±0.5謹，角度為45° ±2°。
[0009] 所述I型切口在標準試樣寬度方向的深度為5±0. 2mm。
[0010] 所述L型切口在標準試樣寬度方向的深度為10±0. 2mm，沿長度方向的長度為 20 + 0. 5mm〇
[0011] 所述L型切口長邊的中點位于標準試樣的中心線上。
[0012] 本發(fā)明還公開了一種避免DWTT異常斷口試樣的制備方法，包括以下步驟：
[0013] 第一步，先采用鋸切和銑削的方法加工試樣坯，并在試樣坯的一側中心線處壓制 一個深度為5±0.5mm，角度為45° ±2°的V型缺口；
[0014] 第二步，在V型缺口的根部，采用電火花線切割一個深度為5 ± 0.2mm的I型切口；
[0015] 第三步，在V型缺口的對側，采用電火花線切割一個在試樣寬度方向深度為 10 ±0. 2mm，沿長度方向長度為20 ±0. 5mm的L型切口。
[0016] 其中，電火花線切割L型切口和I型切口所采用的鉬絲的直徑小于或等于0. 15mm。
[0017] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
[0018] 本發(fā)明在標準試樣的錘擊側開設L型切口，在其對側的V型缺口的根部開設I型 切口，L型切口的主要作用是承載重錘錘擊時的能量，阻隔錘擊側試樣加工硬化區(qū)域擴展， 減少試樣因錘擊產(chǎn)生壓縮變形，并將錘擊能量傳遞到試樣缺口根部，使DWTT試樣瞬間撕 裂。I型切口的主要作用是消除V型缺口根部的加工變形影響，切口根部應力更加集中，使 得DWTT試樣裂紋萌生更為容易，進一步減小錘擊側的變形。因此，本發(fā)明在重錘錘擊時啟 裂更容易，降低了錘擊側的加工硬化，可以有效降低或消除DWTT異常斷口產(chǎn)生，試驗結果 更接近實際爆破斷口，減少重復試驗，節(jié)約試驗成本，且制備方法簡單，經(jīng)濟適用。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本發(fā)明的整體結構示意圖；
[0020] 圖2為圖1中A-A方向的側剖圖；
[0021] 圖3為本發(fā)明的俯視圖。
[0022] 其中，1為標準試樣；2為L型切口；3為V型缺口；4為I型切口。
【具體實施方式】
[0023] 為了使本發(fā)明所解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，下面對本 發(fā)明的實施例作詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用 于限定本發(fā)明。
[0024] 參見圖1，本發(fā)明是在標準試樣1的錘擊側中部預制一個L型切口 2和在V型缺 口 3根部預制一個I型切口 4。L型切口 2的主要作用是承載重錘錘擊時的能量，阻隔錘擊 側試樣加工硬化區(qū)域擴展，減少試樣因錘擊產(chǎn)生壓縮變形，并將錘擊能量傳遞到試樣缺口 根部，使DWTT試樣瞬間撕裂。I型切口 4的主要作用是消除V型缺口 3根部的加工變形影 響，切口根部應力更加集中，使得DWTT試樣裂紋萌生更為容易，進一步減小錘擊側的變形。 在L型切口 2和I型切口 4作用下，可以避免DWTT異常斷口的產(chǎn)生。
[0025] 其中，L型切口 2在試樣寬度方向的深度為10±0. 2mm，沿試樣長度方向的長度為 20±0. 5mm。I型切口 4在試樣寬度方向的深度為5±0. 2mm。L型切口 2制備時，L型切口 2位于試樣的錘擊側（V型缺口 3對側），并且位于試樣中心線。I型切口 4制備時，I型切 口 4位于V型缺口 3根部。
[0026] 本發(fā)明還公開了一種避免DWTT異常斷口的試樣制備方法，包括如下步驟：
[0027] 第一步，標準落錘試樣制作。先采用鋸切和銑削的方法，加工試樣坯，并在試樣坯 的一側壓制深度為5±0. 5mm，角度為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，采用電火花線切割一個I型切口 4。
[0029] 第三步，L型切口 2加工。在V型缺口 3對側（錘擊側），采用電火花線切割一個 L型切口 2。其中，電火花線切割L型切口 2和I型切口 4所采用的鉬絲直徑須小于或等于 0. 15mm〇
[0030] 實施例
[0031] 以厚度33. Omm X80管線鋼的DWTT試樣為例。
[0032] 參見圖1，本發(fā)明實例提供的一種避免DWTT異常斷口的試樣，該試樣是在標準試 樣1的錘擊側中部預制一個L型切口 2和在V型缺口 3根部預制一個I型切口 4。
[0033] 制備方法按照如下步驟制備：
[0034] 步驟一、標準落錘試樣制作。先采用鋸切和銑削的方法，加工試樣坯，并在試樣坯 的一側中心線處壓制深度為5±0. 5mm，角度為45° ±2°的V型缺口 3。
[0035] 步驟二、I型切口 4加工。在V型缺口 3根部，采用電火花線切割一個I型切口 4。 該I切口在試樣寬度方向的深度為5±0. 2mm。
[0036] 步驟三、L型切口 2加工。在V型缺口 3對側（錘擊側），采用電火花線切割一個 L型切口 2。該L型切口 2位于試樣中心線，在試樣寬度方向的深度為10±0. 2_，沿試樣長 度的長度為20±0. 5mm。其中，電火花線切割L型切口 2和I型切口 4所采用的鉬絲直徑為 0. 15mm〇
[0037] 本發(fā)明實施例和標準試樣斷口剪切面積評定結果對比見表1。
[0038] 表1本發(fā)明實施例和標準試樣斷口剪切面積評定結果
[0039]
[0040] 以上通過具體的和優(yōu)選的實施例詳細的描述了本發(fā)明，但本領域技術人員應該明 白，本發(fā)明并不局限于以上所述實施例，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、 等同替換等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權項】
1. 一種避免DWTT異常斷口的試樣，其特征在于：包括標準試樣（I)，標準試樣⑴的錘 擊側的中部預制一個用于承載重錘錘擊時能量的L型切口（2)，在錘擊側對側的V型缺口 (3)根部預制一個用于消除V型缺口（3)根部加工變形影響的I型切口（4)。2. 根據(jù)權利要求1所述的避免DWTT異常斷口的試樣，其特征在于：所述V型缺口（3) 的深度為5±0. 5mm，角度為45° ±2°。3. 根據(jù)權利要求1所述的避免DWTT異常斷口的試樣，其特征在于：所述I型切口（4) 在標準試樣（1)寬度方向的深度為5±0. 2mm。4. 根據(jù)權利要求1所述的避免DWTT異常斷口的試樣，其特征在于：所述L型切口（2) 在標準試樣（1)寬度方向的深度為l〇±〇. 2mm，沿長度方向的長度為20±0. 5mm。5. 根據(jù)權利要求1所述的避免DWTT異常斷口的試樣，其特征在于：所述L型切口（2) 長邊的中點位于標準試樣（1)的中心線上。6. -種如權利要求1所述避免DWTT異常斷口試樣的制備方法，其特征在于，包括以下 步驟： 第一步，先采用鋸切和銑削的方法加工試樣坯，并在試樣坯的一側中心線處壓制一個 深度為5±0. 5mm，角度為45° ±2°的V型缺口（3); 第二步，在V型缺口（3)的根部，采用電火花線切割一個深度為5±0. 2mm的I型切口 ⑷； 第三步，在V型缺口（3)的對側，采用電火花線切割一個在試樣寬度方向深度為 10 ±0. 2mm，沿長度方向長度為20 ±0. 5mm的L型切口（2)。7. 根據(jù)權利要求6所述的避免DWTT異常斷口的試樣，其特征在于：電火花線切割L型 切口⑵和I型切口⑷所采用的鉬絲的直徑小于或等于0. 15mm。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種避免DWTT異常斷口的試樣及其制備方法，屬于材料韌性測試領域。該DWTT試樣是在標準試樣的錘擊側中部預制一個L型切口和在V型缺口根部預制一個I型切口。該L型切口和I型切口采用電火花線切割方法制備，L型切口在試樣寬度方向的深度為10±0.2mm，沿試樣長度的長為20±0.5mm；I型切口在試樣寬度方向的深度為5±0.2mm。電火花線切割L型切口和I型切口所采用的鉬絲直徑須小于或等于0.15mm。本發(fā)明提供的DWTT試樣在重錘錘擊時啟裂更容易，降低了錘擊側的加工硬化，可以有效降低或消除DWTT異常斷口產(chǎn)生，試驗結果更接近實際爆破斷口，節(jié)約試驗成本。
【IPC分類】G01N3/34, G01N1/28, G01N3/02
【公開號】CN105092335
【申請?zhí)枴緾N201510531840
【發(fā)明人】何小東, 梁明華
【申請人】中國石油天然氣集團公司, 中國石油天然氣集團公司管材研究所
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2015年8月26日