专利名称：一种测量焊管显微硬度分布的方法
技术领域：
本发明属管材成形研究技术领域，具体涉及一种测量焊管显微硬度分布的方法。
背景技术：
不同的焊接方法与工艺造成焊缝区及热影响区的范围大小和材料的特性不一样， 并与母材的性能存在显著差异。而硬度试验的结果能敏感的反映出焊缝、热影响区和母材 区域的材料在化学成分、组织结构上的差异。因此，硬度是反映焊管力学性能中最常用的一 个性能指标，而且焊管焊缝区、热影响区和母材区的硬度分布还是准确确定各区域的宽度 以及焊管本构的基础。而目前国内外常用方法是用砂纸将焊管待测量表面打磨擦亮后，在管坯表面沿周 向粘贴一细条坐标纸。用夹具夹好管件，放于试验台上，从焊缝中线正中开始测量硬度；然 后松开夹具，将管坯旋转Imm(通过对齐坐标纸的Imm网格线来实现)，再次夹紧管坯，再次 测量。如此重复，直至一周为止。这种方法存在如下的局限性(1)由于管坯的焊缝表面氧化层和杂质的存在，可能使得试验测量到的硬度值包 含了焊缝表面氧化层和杂质的硬度值，另外表面热处理也会影响硬度值的测量。这样直接 对管坯外表面进行显微硬度测量就无法真正反映整个焊缝区和热影响区的显微硬度特性， 而且焊缝的横截面及管坯内表面的显微硬度都无法测量，因此该方法测量出的硬度不是很 准确。(2)这种方法不适用于直径大于60mm的管坯的硬度测量。因为管坯尺寸过大时， 装夹后总高度可能会超过显微硬度计工作台的最大垂直伸缩范围，从而导致无法对管坯进 行显微硬度测量。(3)由于管坯表面是一个圆弧面，当压头压入凸面时，对压入力将有很少的侧面支 撑，这样，压头将会比具有相同硬度的金属平面上压入的更深。因此，对于凸面试样，将会得 到较低的读数。(4)由于管坯表面是一个圆弧面，显微镜不容易聚焦，导致测量的视场模糊，使之 精度降低。(5)试样装夹位置不精确或夹持不牢固，容易使得仪器的压头打出的压痕不是规 则的正方形，使精度下降，甚至导致仪器无法测量。(6)坐标纸的最小刻度为1mm，因此对于焊缝宽度小于Imm的窄焊缝管，采用这种 方法会焊缝区域的测量点过少甚至没有，从而导致所得结果不准确。

发明内容
为了克服现有技术中存在的或者测量精度低、不适用于管径大于60mm的管坯显 微硬度测量的不足，本发明提出了一种测量焊管显微硬度分布的方法本发明通过在包含焊缝、热影响区和部分母材的管坯局部横截面试样上进行硬度 测试的方法，获得各个区域的硬度分布的方法，其具体过程如下
第一步，切割试样；采用线切割方法，以焊缝为中心在管坯表面截取弧形试样，使得截下的试样中包 含有焊缝、热影响区及部分母材，形成了测试显微硬度的混合试样。第二步，制备试样；采用镶样机镶样，使焊缝横截面垂直于硬度计的压头，最后经过打磨和抛光工序 后得到显微硬度试样。第三步，测量显微硬度；在测量时，通过位于显微硬度仪工作台面上X方向和Y方向的螺旋测微仪，分别控 制显微硬度仪在试样焊缝的垂直方向和管坯厚度方向的位移。在母材区、热影响区和焊缝 区分别采用不同的进给间距进行测量。在母材区，X方向每隔Imm进行一次测量，同时在Y 方向上根据式(1)平均取Ii1个点进行测量。在焊缝区，X方向每隔0. Imm进行一次测量，在 Y方向上根据式( 平均取 个点进行测量。在热影响区，X方向每隔0.25mm进行一次测 量，同时在Y方向上根据式C3)平均取n3个点进行测量。rii = int(t/0. 8)+1(1)n2 = int(t/0. 4)+1(2)n3 = int(t/0. 5)+1(3)在式⑴、⑵、⑶中，t为管材壁厚，其单位为mm，H1为母材区上沿Y方向上的测 量点数，n2为在焊缝区沿Y方向的测量点数；n3为在热影响区沿Y方向的测量点数。第四步，确定显微硬度分布；取X方向各个测量位置的平均值，得到焊缝区、热影响区和母材区的显微硬度分布。本发明提出了采用包含焊缝、热影响区和部分母材的管坯局部横截面试样，并通 过打磨、抛光等工序制备显微硬度试样，还在焊缝、热影响区及母材采用不同间距测量的方 法。所测得的硬度分布能真正反映整个焊缝区和热影响区的显微硬度特性，包括焊缝的横 截面内部及管坯内表面的显微硬度分布，从而准确地测量得到焊缝区及热影响区的平均显 微硬度分布情况。解决了已有方法测量精度低，难于测量大直径焊管和窄焊缝焊管各个区 域显微硬度分布的困难。而且所得结果为确定焊缝、热影响区和母材各个区域的宽度和面 积，进而结合拉伸试验得到焊缝、热影响区和母材各个区域的材料力学性能参数奠定了基 石出。


图1是本发明提出的测量焊管显微硬度分布的方法的流程图；图2是本发明的显微硬度试样切割位置示意图；图3是本发明的硬度测量示意图；图4是本发明得到的Q215焊管的显微硬度分布；图5是本发明得到的QSTE340焊管的显微硬度分布。其中1.管坯 2.混合试样 3.焊缝区 4.热影响区 5.母材区
具体实施例方式实施例一
本实施例是某钢铁公司生产的Q215焊管，焊接方法为高频电阻焊。焊管规格为 Φ60 X 3. 3 (管材外径为60mm，壁厚为3. 3mm)。采用的试验仪器为上海泰明光学仪器有限公 司生产的HXP-1000TM/IXD型显微硬度计。具体操作如下第一步，切割试样；如图2所示，以焊缝为中心采用线切割方法在管坯1表面截取边长20mm的弧形试 样，使得截下的横截面包含焊缝、热影响区及部分母材，以此作为显微硬度混合试样，然后 在焊缝的对称面截取同样大小的仅含母材的显微硬度母材试样。第二步，制备试样；经过镶样机镶样，使得焊缝横截面垂直于硬度计的压头。依次用160、对0、600、 1000和1500的水砂纸对试样进行打磨，并在抛光机上抛光，得到本实施例镶嵌好的弧形混 合试样和弧形母材试样。第三步，测量显微硬度；如图3所示，在测量时，通过位于显微硬度仪工作台面上X方向和Y方向的螺旋测 微仪，分别控制显微硬度仪在试样焊缝的垂直方向和管坯厚度方向的位移。在母材区，X方 向每隔Imm进行一次测量，同时在Y方向上根据式(1)平均取5个点进行测量。在焊缝区， X方向每隔0. Imm进行一次测量，在Y方向上根据式⑵平均取9个点进行测量。在热影响 区，X方向每隔0. 25mm进行一次测量，同时在Y方向上根据式( 平均取7个点进行测量。rii = int(t/0. 8)+1(1)n2 = int(t/0. 4)+1(2)n3 = int(t/0. 5)+1(3)在式(1)、(2)、(3)中，t为管材壁厚，其单位为mm，ni为母材区上沿Y方向上的测 量点数，n2为在焊缝区沿Y方向的测量点数；n3为在热影响区沿Y方向的测量点数。第四步、获取显微硬度分布取X方向各个测量位置的平均值，得到Φ60Χ3.3的Q215焊管的焊缝区、热影响 区和母材区的平均显微硬度分布，如图5所示。实施例2 本实施例是某钢铁公司生产的QSTE340焊管，焊接方法为高频电阻焊。焊管规格 为Φ 78 X 2.7(管材外径为78mm，壁厚为2. 7mm)。采用的试验仪器为上海泰明光学仪器有 限公司生产的HXP-1000TM/IXD型显微硬度计。具体操作如下第一步、切割试样如图2所示，以焊缝为中心采用线切割方法在管坯1表面截取边长20mm的弧形试 样，使得截下的横截面包含焊缝、热影响区及部分母材，以此作为显微硬度混合试样，然后 在焊缝的正对面截取同样大小的仅含母材的显微硬度母材试样。第二步、制备试样经过镶样机镶样，使得焊缝横截面垂直于硬度计的压头。依次用160、对0、600、 1000和1500的水砂纸对试样进行打磨，并在抛光机上抛光，得到本实施例镶嵌好的弧形混 合试样和弧形母材试样。第三步、测量显微硬度如图3所示，在测量时，通过位于显微硬度仪工作台面上X方向和Y方向的螺旋测微仪，分别控制显微硬度仪在试样焊缝的垂直方向和管坯厚度方向的位移。在母材区，X方 向每隔Imm进行一次测量，同时在Y方向上根据式(1)平均取4个点进行测量。在焊缝区， X方向每隔0. Imm进行一次测量，在Y方向上根据式⑵平均取8个点进行测量。在热影响 区，X方向每隔0. 25mm进行一次测量，同时在Y方向上根据式( 平均取6个点进行测量。在式(1)、(2)、(3)中，t为管材壁厚，其单位为mm，ni为母材区上沿Y方向上的测 量点数，n2为在焊缝区沿Y方向的测量点数；n3为在热影响区沿Y方向的测量点数。第四步、获取显微硬度分布取X方向各个测量位置的平均值，得到Φ78Χ2. 7的焊管得焊缝区、热影响区和母 材区的平均显微硬度分布，如图5所示。rii = int(t/0. 8)+1n2 = int(t/0. 4)+1n3 = int(t/0. 5)+1
(1) ⑵
⑶
权利要求
1. 一种测量焊管显微硬度分布的方法，其特征在于，测量焊管显微硬度分布的具体过 程如下第一步，切割试样；以焊缝为中心在管坯表面截取弧形试样；截下的试样中包含有焊 缝、热影响区及部分母材，形成了测试显微硬度的混合试样；第二步，制备试样；采用镶样机镶样，使焊缝横截面垂直于硬度计的压头；经过打磨和 抛光工序后得到显微硬度试样； 第三步，测量显微硬度；在测量时，通过位于显微硬度仪工作台面上X方向和Y方向的螺旋测微仪，分别控制显 微硬度仪在试样焊缝的垂直方向和管坯厚度方向的位移；在母材区、热影响区和焊缝区分 别采用不同的进给间距进行测量；在母材区，X方向每隔0. Imm进行一次测量，同时在Y方 向上根据式(1)平均取Ii1个点进行测量；在焊缝区，X方向每隔0. Imm进行一次测量，在Y 方向上根据式( 平均取n2个点进行测量；在热影响区，X方向每隔0. 25mm进行一次测量， 同时在Y方向上根据式C3)平均取113个点进行测量， ri! = int(t/0. 8)+1(1)n2 = int(t/0. 4)+1(2)n3 = int(t/0. 5)+1(3)在式(1)、(幻、(；3)中，t为管材壁厚，其单位为mm，Ii1为母材区上沿Y方向上的测量点 数，n2为在焊缝区沿Y方向的测量点数；n3为在热影响区沿Y方向的测量点数；第四步，确定显微硬度分布；取X方向各个测量位置的平均值，得到焊缝区、热影响区 和母材区的显微硬度分布。
全文摘要
一种测量焊管显微硬度分布的方法，通过在包含焊缝、热影响区和部分母材的管坯局部横截面试样上进行硬度测试的方法，获得各个区域的硬度分布的方法。母材的管坯局部横截面试样中包含有焊缝、热影响区及部分母材，形成了测试显微硬度的混合试样，并对该试样制备、测量显微硬度，最终确定显微硬度分布。测量显微硬度时，在母材区、热影响区和焊缝区分别采用不同的进给间距进行测量。所测得的硬度分布反映了整个焊缝区和热影响区的显微硬度特性，从而准确地测量得到焊缝区及热影响区的平均显微硬度分布情况，所得结果为确定焊缝、热影响区和母材各个区域的宽度和面积，进而结合拉伸试验得到焊缝、热影响区和母材各个区域的材料力学性能参数奠定了基础。
文档编号G01N1/32GK102095654SQ20101053555
公开日2011年6月15日 申请日期2010年11月4日 优先权日2010年11月4日
发明者任宁, 杨合, 詹梅 申请人:西北工业大学