[发明专利]一种焊缝材料参数识别方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种焊缝材料参数识别方法，尤其涉及一种基于DIC技术和硬度试验识别拼焊板的焊缝材料参数的方法。

背景技术

拼焊板是将几块不同强度、不同厚度的钢板焊接成一块整体板,以满足零部件不同部位对材料性能的不同要求,其优点主要体现在减轻零件重量、减少零件数量以及提高结构功能等方面。随着现代社会对环境保护、资源节约和可持续发展的重视，拼焊板在汽车制造中运用的越来越广泛，拼焊板技术也成为汽车制造业中最有发展潜力的技术之一。

在对金属板材进行焊接的过程中，由于热量的影响，焊缝区域发生了相变，材料参数发生了变化，这使得焊缝区域的材料参数与母材相比较，有很大的差异，焊缝的材料参数如何准确获得也便成为了一个急待解决的工程难题。

目前，国内外有关拼焊板力学性能研究的报道较多，并取得了一定的研究成果。如Abdullah等通过拉伸试验和硬度试验，利用混合法得到了拼焊板（母材为AISI 1005和STM A370）焊缝区域的材料参数。香港理工大学的Cheng等利用激光在焊缝区域打上直径为1mm和深度为10um的圆形栅格，并且为了尽量减少母材和热影响区域（HAZ）的影响，其切割出的拉伸试件宽度只有1.5-2mm，在拉伸的过程中，利用一个实时摄像记录系统，记录下试件上的栅格变化和拉伸机的载荷变化，利用塑性体积不变假设和塑形力学公式，得到了焊缝区域的真实应力应变曲线。Reis等利用屈服应力和材料硬度的比值关系，得到低碳钢拼焊板各区域的材料力学参数。Zhan等利用混合法和硬度试验分别得到了拼焊管道的焊缝和热影响区的材料参数。张士宏等通过横向和纵向拉伸试验对拼焊板的塑性变形能力进行了测试和分析研究。同济大学的林建平基于焊缝和母材应变相等的假设,研究了焊缝强度系数K和焊缝硬化指数n对拼焊板试件抗拉强度和平均延伸率的影响。然而，上述方法中存在忽略热影响区影响或焊缝宽度较难确定等缺陷。因此，急需一种相对简单、精度较高并容易实现的方法对焊缝处的材料参数进行识别。

随着数字图像相关技术的发展，数字图像相关（DIC：Digital Image Correlation）技术在各个领域得到了大量的运用。DIC技术为我们提供了一种测定实时应变的方法，这样结合硬度实验成为了一种识别局部力学材料参数新的途径。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简单、精度高并容易实现的焊缝处的材料参数识别方法。

本发明的焊缝材料参数识别方法包括如下步骤：

步骤1：确定一种材料硬化模型；

步骤2：制备焊缝硬度试验试件；

步骤3：对步骤2中的试件进行硬度试验，根据硬度试验测得的硬度值进行焊缝分区，并获得焊缝各区的硬度值；

步骤4：制备拼焊板拉伸试件；

步骤5：对拉伸试件分区，采用DIC设备获取拉伸试件各区实时全场主、次应变值；

步骤6：根据步骤3中得到的硬度值和步骤5中得到主、次应变值，通过塑性力学公式计算得到焊缝各区的材料参数；

步骤7：建立拉伸实验有限元模型并且验证所建立的有限元模型的精度并进行修正；

步骤8：将步骤6中计算得到的焊缝各区材料参数输入步骤7的有限元模型中，验证检测方法的准确性，如果仿真结果不精确，则返回到步骤2，重新利用硬度试验对焊缝区域进行分区，重复步骤2、3、4、5、6、7、8。

本发明采用材料硬化模型为幂指数材料硬化模型c=Kεⁿ，其中，σ为真实应力，ε为真实应变，K是强度系数，n为应变硬化指数。

所述拼焊板为同厚异材的拼焊板，其中母材为DP980和DP600，厚度为2mm。

在步骤2中将所述试件切割为10mm×10mm×2mm的试件，并且清洗所述试件表面，去除氧化皮和外来污物，打磨、抛光试件表面，使试件表面符合硬度实验要求

在步骤3中焊缝分区可分为熔池区、热影响区和母材区。

在步骤4中利用线切割工艺加工出拉伸试件，在试件表面上喷上一层白漆，在白漆上随机喷上黑色油漆斑点。

在步骤5中对拉伸试件分区的方式为以焊缝中心为基准线，在垂直焊缝方向上的整个拉伸试件区域以0.1mm×0.1mm进行网格划分。采用DIC设备的工作步骤为测量拉伸试件表面变形量，采集拉伸试件变形前后的图像，然后采用干涉算法软件对图像进行计算，获得试件表面的全场主、次应变值。

步骤6中计算得到焊缝各区的材料参数为应变硬化指数值和强度系数值。