[发明专利]焊接态多层金属复合材料界面拉-剪疲劳试样及试验方法

说明书

焊接态多层金属复合材料界面拉‑剪疲劳试样，包括左右平行设置的至少两个金属层，金属层沿长方体形结构的厚度方向左右依次设置，在试样的中部设有两个矩形凹槽，两个矩形凹槽分别开设在长方体形试样长度方向的左右两侧，且上下交错设置，矩形凹槽平行于试样的宽度方向设置，两个矩形凹槽的宽度一致，上下交错设置的两个矩形凹槽之间的竖直间距为待检测界面左右两侧的两个金属层中厚度较薄的金属层厚度的1.5倍。本发明用于检测焊接态多层金属复合材料界面的拉‑剪疲劳强度极限，测出指定循环次数下的界面拉剪疲劳极限，以精确拟合拉‑剪疲劳S‑N曲线，为多层金属复合材料的应用设计提供技术支撑，以满足苛刻工况条件下使用需求。

技术领域

本发明涉及金属复合材料的性能测试技术领域，具体的说是一种焊接态多层金属复合材料界面拉-剪疲劳试样及其试验方法。

背景技术

近年来，异种金属复合材料在先进制造业中扮演着越来越重要的角色。金属材料提供的功能可以分为结构性、热膨胀性、热机械应力控制、磁性、耐腐蚀、连接等等，而由异种金属材料组合的多层（两层或两层以上）金属复合材料不断发展的需求是因为相对于多层金属材料接头而言，一种金属材料只能提供一种化学、物理和力学特性，而多种金属复合材料不仅可以降低成本，还可以得到具有优异综合性能的构件，而且使用轻质金属材料直接复合在强度大的金属材料上可以节省相当大的重量。鉴于以上原因，金属复合材料已广泛应用于电力、化工和船舶等领域。例如，高速船舶的发展需要大量的钛-钢、铝-钛-钢等金属复合过渡接头来连接上层建筑和船体；电厂烟囱环保需求内筒采用钛-钢复合材料来进行烟气脱硫等。

异种金属的焊接较单体金属而言工艺要求较为复杂、严苛，焊接前不仅需要综合考虑多层金属各自的焊接特点，还需要充分预测焊接对多层金属间界面的热影响，以及多层金属复合材料界面在使用工况条件下的疲劳极限，剪切强度也是测量金属复合材料界面结合强度的重要检测指标。对于焊接态的多层金属复合材料进行拉-剪疲劳试验的方法，目前找不到任何相关的文献资料，也没有检索到相关专利。因此，如何对焊接态的多层金属复合材料进行拉-剪疲劳试验对于判断焊接态多层金属复合材料的性能和使用寿命来说实为必要。

发明内容

本发明的技术目的为：提供一种焊接态多层金属复合材料界面拉-剪疲劳试样及其试验方法，用于检测焊接态多层金属复合材料界面的拉-剪疲劳强度极限，测出指定循环次数下的界面拉剪疲劳极限，以精确拟合拉-剪疲劳S-N曲线，为多层金属复合材料的应用设计提供技术支撑，以满足苛刻工况条件下使用需求。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：焊接态多层金属复合材料界面拉-剪疲劳试样，该试样用于夹持固定在疲劳试验机的两个夹持端之间进行多层金属复合材料待检测界面的拉-剪疲劳测试，所述的试样呈长方体形结构，包括左右平行设置的至少两个金属层，至少两个金属层沿长方体形结构的厚度方向左右依次设置，且每相邻两个金属层之间均通过焊接固定，所述长方体形试样的长度为疲劳试验机两个夹持端之间的间距，宽度为30~40mm，在试样长度方向的中部还加工有两个矩形凹槽，两个矩形凹槽分别开设在长方体形试样长度方向的左右两侧，且上下交错设置，矩形凹槽平行于试样的宽度方向设置，且贯穿试样的整个宽度方向，两个矩形凹槽沿竖直方向上的宽度一致，且均为5~10mm，每个矩形凹槽在长方体形试样厚度方向上的开设深度直至多层金属复合材料的待检测界面处，而上下交错设置的两个矩形凹槽之间的竖直间距为待检测界面左右两侧的两个金属层中厚度较薄的金属层厚度的1.5倍。

优选的，所述试样的长度不小于250mm。

焊接态多层金属复合材料界面拉-剪疲劳试验方法，包括以下步骤：

步骤一、采用经过焊接工艺评定合格的工艺方法对至少两个金属层进行焊接，之后，切除焊接连接板，制得多层金属复合材料，备用；

步骤二、采用机械加工方式对步骤一制得的多层金属复合材料进行加工，制得多个长度与疲劳试验机两个夹持端之间的间距一致，宽度为30~40mm，且待检测界面的左右两侧分别加工有一个矩形凹槽的拉-剪疲劳试样；