本發(fā)明涉及焊接技術領域，特別是指一種激光焊接搭接焊件剪切力學性能測試方法。

背景技術：

焊接也稱作熔接、镕接，是一種以加熱、高溫或者高壓的方式接合金屬或其他熱塑性材料如塑料的制造工藝及技術。隨著激光技術的發(fā)展，激光焊接已經(jīng)成為焊接領域的新技術。激光焊接是激光材料加工技術應用的重要方面之一，它是利用高能量密度的激光束作為熱源的一種高效精密焊接方法。由于其獨特的優(yōu)點，激光焊接現(xiàn)已成功應用于微、小型零件的精密焊接中。

在焊接領域對板材的焊接是經(jīng)常遇到的情況，根據(jù)接觸方式的不同，板材焊接接頭通?？梢苑譃閷?、搭接、端接、角接等等多種形式，根據(jù)形狀和位置的不同，搭接接頭的焊縫可以分為點焊縫、角焊縫和丁字焊縫等幾種形式。

目前，激光焊接技術是提高材料利用率、充分發(fā)揮結構減重效率、提高焊接質量有效途徑之一，很多結構件是用激光焊接方法制造的。在激光焊件的使用中，由于焊接接頭在制造過程中受各種因素的影響，其質量不可能完美無缺，不可避免地會產(chǎn)生焊接缺陷，例如氣孔降低焊縫的強度，這些焊接缺陷可在不同程度上影響結構的質量和安全使用。因此，焊接接頭的力學性能檢測就成為焊接結構生產(chǎn)過程中質量保證和控制的重要環(huán)節(jié)。

但是，目前針對板材激光焊接搭接接頭的抗剪切力學性能還沒有一種公開的檢測方法，這就使得激光焊接搭接焊件的力學性能難以得到有效保障。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種激光焊接搭接焊件剪切力學性能測試方法，該方法能夠對板材激光焊接搭接焊件的抗剪切力學性能進行快速、準確、有效的檢測，從而及時檢測激光焊接焊件的焊接質量，保障焊件在使用中的可靠性。

基于上述目的，本發(fā)明提供的技術方案是：

一種激光焊接搭接焊件剪切力學性能測試方法，該方法用于對激光焊接焊件的抗剪切力學性能進行測試，其中焊件包含通過搭接焊接連接在一起的第一板材和第二板材，第一板材的搭接面和第二板材的搭接面位于同一個平面內(nèi)，該方法包含如下過程：

預處理，根據(jù)焊件進行剪切測試及焊縫貼合面熔寬測量的數(shù)量、尺寸、加工余量以及舍棄區(qū)長度計算確定第一板材和第二板材尺寸并將其加工成形，采用激光焊接工藝將第一板材和第二板材焊接成搭接焊件，進行焊縫貼合面熔寬測量的數(shù)量一般取2件；

加工制備，對焊件裁剪制備成進行剪切測試的焊件，使得裁剪后的第一板材和第二板材為全等矩形，裁剪后的焊件沿長度方向從一端到另一端分別為第一板材夾持端、第一板材過渡區(qū)、第一板材和第二板材的連接部、第二板材過渡區(qū)以及第二板材夾持端，第一板材過渡區(qū)和第二板材過渡區(qū)、第一板材夾持端和第二板材夾持端的長度均相同，連接部中的焊縫與裁剪后焊件的長度方向垂直；對丁字焊件裁剪制備成進行焊縫貼合面熔寬測量的焊件，連接部中的焊縫與裁剪后焊件的長度方向垂直；

平衡處理，在第一板材夾持端處設置與第一板材等厚的第一墊板，在第二板材夾持端處設置與第二板材等厚的第二墊板，第一墊板與第一板材分位于所述平面的兩側，第二墊板與第二板材也分位于所述平面的兩側；

焊縫貼合面熔寬測試，對裁剪后的丁字焊件進行研磨、拋光、侵蝕等方式處理，并使用光學儀器測量記錄焊縫對應貼合面熔寬，焊縫貼合面熔寬結果取2件對應焊縫貼合面熔寬的算術平均值，結果數(shù)值修約到0.001毫米；

拉伸測試，使用夾持裝置分別夾住第一板材夾持端和第二板材夾持端，沿裁剪后焊件的長度方向施加拉伸力直至焊件斷裂，記錄試驗過程中的最大拉伸力值；

結果分析，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)計算確定焊件的抗剪切力學性能。

具體地，焊件為點焊焊件、角焊縫搭接焊件或丁字焊件。

具體地，角焊縫搭接焊件或丁字焊件中的第一板材和第二板材以與同一塊襯板搭接焊接的方式連接。

具體地，角焊縫搭接焊件或丁字焊件中的第一板材和第二板材部分重疊，并以在重疊區(qū)域內(nèi)角焊縫搭接焊接或丁字焊接的方式連接。

具體地，對于角焊縫搭接焊件或丁字焊件寬度方向兩側邊緣舍棄區(qū)長度規(guī)定為：板材厚度ts≤5毫米時，舍棄區(qū)長度一般為12毫米，板材厚度5毫米＜ts≤8毫米時，舍棄區(qū)長度一般為22毫米。

具體地，第一板材和第二板材尺寸根據(jù)焊件進行剪切測試及焊縫貼合面熔寬測量的數(shù)量、尺寸、加工余量以及舍棄區(qū)長度等計算確定。

具體地，丁字焊件焊縫貼合面熔寬測量需使用裁剪后的焊件經(jīng)研磨、拋光、侵蝕等方式處理，并使用光學儀器測量記錄焊縫對應貼合面熔寬。

具體地，丁字焊件第一板材過渡區(qū)和第二板材過渡區(qū)的長度均不小于30毫米；有襯板焊件第一板材過渡區(qū)和第二板材過渡區(qū)的長度均不小于30毫米；無襯板角焊縫搭接焊件及點焊焊件的第一板材過渡區(qū)和第二板材過渡區(qū)的長度均不小于45毫米。

具體地，第一墊板和第二墊板通過焊接的方式分別固定在第一板材夾持端處和第二板材夾持端處。

具體地，夾持裝置與焊件的連接方式為夾具直接夾持。

從上面的論述可以看出，本發(fā)明具有如下有益效果：

1、本發(fā)明方法明確了角焊縫搭接焊件或丁字焊件寬度方向兩側邊緣舍棄區(qū)長度，保障測試數(shù)據(jù)的有效性；

2、本發(fā)明方法明確計算焊接前第一板材和第二板材尺寸，利于制定并實施焊接工藝，確保焊件剪切試驗的規(guī)范性和統(tǒng)一性；

3、本發(fā)明方法在第一板材和第二板材的夾持端均設置了與相應板材等厚的墊板，且墊板和板材分位于搭接平面的兩側，這樣，搭接焊件被夾持裝置夾緊后，夾持裝置的兩個夾持塊能夠保持正對的狀態(tài)，這就能盡可能地確保夾持的焊接試樣受軸向拉力的作用，使得外部施加的拉伸力方向是與板材的搭接平面重合，從而使夾持裝置施加的外力能夠更好反映搭接焊件的抗剪切力學性能，保障測試的準確性；

4、本發(fā)明方法將待測試焊件處理成對稱結構，即第一板材和第二板材為全等矩形，點焊焊件的焊點位于裁剪后的焊件搭接部位的中心位置，角焊縫搭接焊件或丁字焊件的焊縫軸線與裁剪后的焊件長度方向垂直。這樣，在進行拉伸測試時，焊點或焊縫處的受力是均衡的，從而可以進一步提高抗剪切力學性能測試的準確性；

5、本發(fā)明方法將待測試丁字焊件焊縫貼合面熔寬測量使用裁剪后的焊件，數(shù)量取2件，經(jīng)研磨、拋光、侵蝕等方式處理，并使用光學儀器測量記錄焊縫對應貼合面熔寬，焊縫貼合面熔寬結果取2件對應焊縫貼合面熔寬的算術平均值，結果數(shù)值修約到0.001毫米，從而可以進一步保證抗剪切力學性能測試的精確性；

6、本發(fā)明方法可以使用現(xiàn)有的常規(guī)拉伸測試裝置對板材搭接焊件進行抗剪切力學測試，測試過程簡單易行，并且由于采用了常規(guī)的拉伸測試裝置，因而可以使用已有的拉伸測試標準來衡量搭接焊件的抗剪切力大小，使得測試結果具有通用性和可比較性，便于搭接焊件抗剪切力測試的標準化。

總之，本方法給出了一套用于測試板材激光焊接搭接焊件剪切力學性能的完整、可行的方法，彌補了現(xiàn)有技術中缺乏此類方法的技術空白。本方法能夠對激光焊接搭接焊件的剪切力學性能進行快速、準確、有效的測試，從而保障激光焊接搭接焊件的焊接質量，確保激光焊接搭接焊件在使用中的可靠性。本方法還具有較強的通用性，并具有便于標準化的特點，這使得本方法易于推廣，并能產(chǎn)生良好的社會效益。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例中點焊焊件的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例中設置了墊板的點焊焊件的結構示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例中第一種角焊縫搭接焊件的結構示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例中第二種角焊縫搭接焊件的結構示意圖；

圖5為本發(fā)明實施例中第三種角焊縫搭接焊件的結構示意圖；

圖6為本發(fā)明實施例中第四種角焊縫搭接焊件的結構示意圖；

圖7為本發(fā)明實施例中第一種丁字焊件的結構示意圖；

圖8為本發(fā)明實施例中第二種丁字焊件的結構示意圖；

圖9為本發(fā)明實施例中第一種丁字焊件焊縫貼合面熔寬測量的結構示意圖；

圖10為本發(fā)明實施例中第二種丁字焊件焊縫貼合面熔寬測量的結構示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。

需要說明的是，本發(fā)明實施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是為了區(qū)分兩個相同名稱非相同的實體或者非相同的參量，可見“第一”“第二”僅為了表述的方便，不應理解為對本發(fā)明實施例的限定，后續(xù)實施例對此不再一一說明。

一種激光焊接搭接焊件剪切力學性能測試方法，該方法用于對激光焊接焊件的抗剪切力學性能進行測試，其中焊件包含通過搭接焊接連接在一起的第一板材和第二板材，第一板材的搭接面和第二板材的搭接面位于同一個平面內(nèi)，該方法包含如下過程：

預處理，根據(jù)焊件進行剪切測試及焊縫貼合面熔寬測量的數(shù)量、尺寸、加工余量以及舍棄區(qū)長度計算確定第一板材和第二板材尺寸并加工成形，采用激光焊接工藝將第一板材和第二板材焊接成搭接焊件；

加工制備，對焊件裁剪制備成進行剪切測試的焊件，使得裁剪后的第一板材和第二板材為全等矩形，裁剪后的焊件沿長度方向從一端到另一端分別為第一板材夾持端、第一板材過渡區(qū)、第一板材和第二板材的連接部、第二板材過渡區(qū)以及第二板材夾持端，第一板材過渡區(qū)和第二板材過渡區(qū)、第一板材夾持端和第二板材夾持端的長度均相同，連接部中的焊縫與裁剪后焊件的長度方向垂直；對丁字焊件裁剪制備成進行焊縫貼合面熔寬測量的焊件，連接部中的焊縫與裁剪后焊件的長度方向垂直；

平衡處理，在第一板材夾持端處設置與第一板材等厚的第一墊板，在第二板材夾持端處設置與第二板材等厚的第二墊板，第一墊板與第一板材分位于所述平面的兩側，第二墊板與第二板材也分位于所述平面的兩側；

焊縫貼合面熔寬測試，對裁剪后的丁字焊件進行研磨、拋光、侵蝕等方式處理，并使用光學儀器測量記錄焊縫對應貼合面熔寬；

拉伸測試，使用夾持裝置分別夾住第一板材夾持端和第二板材夾持端，沿裁剪后焊件的長度方向施加拉伸力直至焊件斷裂，記錄試驗過程中的最大拉伸力值；

結果分析，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)計算確定焊件的剪切力學性能。

具體地，焊件為點焊焊件、角焊縫搭接焊件或丁字焊件。

具體地，角焊縫搭接焊件或丁字焊件中的第一板材和第二板材以與同一塊襯板搭接焊接的方式連接。

具體地，角焊縫搭接焊件或丁字焊件中的第一板材和第二板材部分重疊，并以在重疊區(qū)域內(nèi)角焊縫搭接焊接或丁字焊接的方式連接。

具體地，對于角焊縫搭接焊件或丁字焊件寬度方向兩側邊緣舍棄區(qū)長度規(guī)定為：板材厚度ts≤5毫米時，舍棄區(qū)長度一般為12毫米，板材厚度5毫米＜ts≤8毫米時，舍棄區(qū)長度一般為22毫米。

具體地，第一板材和第二板材尺寸根據(jù)焊件進行剪切測試及焊縫貼合面熔寬測量的數(shù)量、尺寸、加工余量以及舍棄區(qū)長度等計算確定。

具體地，丁字焊件焊縫貼合面熔寬測量需使用裁剪后的焊件經(jīng)研磨、拋光、侵蝕等方式處理，并使用光學儀器測量記錄焊縫對應貼合面熔寬。

具體地，丁字焊件第一板材過渡區(qū)和第二板材過渡區(qū)的長度均不小于30毫米；有襯板焊件第一板材過渡區(qū)和第二板材過渡區(qū)的長度均不小于30毫米；無襯板角焊縫搭接焊件及點焊焊件的第一板材過渡區(qū)和第二板材過渡區(qū)的長度均不小于45毫米。

具體地，第一墊板和第二墊板通過焊接的方式分別固定在第一板材夾持端處和第二板材夾持端處。

具體地，夾持裝置與焊件的連接方式為夾具直接夾持。

作為一個實施例，對于點焊焊件，在對焊件進行預處理時可以僅僅截取一個焊點，裁剪后的焊件如圖1所示；第一板材的搭接面和第二板材的搭接面為同一個平面，即第一板材和第二板材的貼合面。

裁剪后的點焊焊件尺寸如表1所示(表中單位為毫米)，當厚度為2mm～5mm(不含2mm)的第一板材與厚度小于等于2mm的第二板材組合焊接時，表1中的尺寸按承受載荷能力低的板材厚度確定。

表1

對其進行平衡處理后如圖2所示，圖中在第一板材和第二板材上均設置了墊板1。

拉伸測試可依GB/T 228.1-2010進行，結果分析時若無特殊規(guī)定，可將最大拉伸力值修約到1N(牛頓)，修約后的最大拉伸力值即可表征焊件的單點抗剪切力學性能。

對于角焊縫搭接焊件，其結構有四種情況，分別如圖3～6所示，圖中的焊件均為去掉舍棄區(qū)經(jīng)裁剪后并已設置了墊板1的焊件。圖3中第一板材的搭接面為第一板材與襯板2的貼合面，第二板材的搭接面為第二板材與襯板2的貼合面，兩個貼合面位于同一個平面內(nèi)。

角焊縫搭接焊件的裁剪尺寸如下表2所示(表中單位為毫米)，當厚度為2mm～8mm(不含2mm)的第一板材與厚度小于等于2mm的第二板材組合焊接時，表2中的尺寸按承受載荷能力低的板材厚度確定。

表2

對于圖3和圖5所示的焊件，拉伸測試前應對兩條焊縫進行區(qū)別標記，如分別標記為第一焊縫a和第二焊縫b，然后分別測量并記錄剪切試樣對應的焊縫寬度。

拉伸測試時使用合適的夾具夾持焊件，根據(jù)GB/T 228.1-2010規(guī)定對焊件進行連續(xù)加載，至焊件斷裂，記錄試驗期間的最大力F_m；最后觀察并記錄焊件的斷裂位置。

結果分析分為以下幾種情況：

圖3所示焊件的抗剪切力學性能按照如下方式計算：

a)記錄焊件斷裂的焊縫，若為第一焊縫a斷裂，計算時，焊縫寬度b₀取第一焊縫a的寬度，若為第二焊縫b斷裂，計算時，焊縫寬度b₀取第二焊縫b的寬度；

b)單條焊縫單位長度上的抗剪力按下式(1)計算：

F_j＝F_m/b₀…………………………………………………(1)

式中：

F_j——焊件的單條焊縫單位長度上的抗剪力，單位為牛每毫米(N/mm)；

F_m——焊件斷裂前的最大力，單位為牛(N)；

b₀——焊件焊縫寬度，單位為毫米(mm)。

對于如圖4和圖6所示的焊件，單條焊縫單位長度上的抗剪力按式(1)計算。

對于如圖5所示的焊件，單條焊縫單位長度上的抗剪力按下式(2)計算：

F_j＝F_m/(b₀₁+b₀₂)……………………………………(2)

式中：

F_j——單條焊縫單位長度上的抗剪力，單位為牛每毫米(N/mm)；

b₀₁——第一焊縫a的寬度，單位為毫米(mm)；

b₀₂——第二焊縫b的寬度，單位為毫米(mm)。

最后，試驗測定的結果數(shù)值應按相關產(chǎn)品標準的要求進行修約。如未規(guī)定具體要求，則將單條焊縫單位長度上的抗剪力F_j修約到1N/mm。

對于丁字焊件，將其去掉舍棄區(qū)裁剪制備成進行剪切測試和焊縫貼合面熔寬測量的焊件。丁字焊件結構有兩種情況，裁剪成進行剪切測試的結構示意圖分別如圖7和圖8所示，裁剪成進行焊縫貼合面熔寬測量的結構示意圖分別如圖9和圖10所示，圖7和圖9所示的兩條焊縫標記第一焊縫a和第二焊縫b須對應一致。

圖7和圖8中的焊件均為裁剪后并已設置了墊板1的焊件；圖7中第一板材的搭接面為第一板材與襯板2的貼合面，第二板材的搭接面為第二板材與襯板2的貼合面，兩個貼合面位于同一個平面內(nèi)。

裁剪后進行焊縫貼合面熔寬測量的焊件數(shù)量一般為2件，其具體形狀和尺寸按相關儀器說明書要求或相關工藝文件執(zhí)行，寬度一般取10毫米。

焊縫貼合面熔寬測量過程如下：

a)對每個焊件編號標記，若為圖9所示焊件，則應對焊件中的兩條焊縫進行區(qū)別標記，如分別標記為第一焊縫a和第二焊縫b；

b)按GB/T 26955相關規(guī)定對焊件進行研磨、拋光、侵蝕；

c)使用光學儀器分別測量并記錄焊件對應的焊縫貼合面熔寬，若為圖9所示焊件，則應對焊件中的兩條焊縫對應的貼合面熔寬分別進行測量并區(qū)別記錄，如分別記錄為第一焊縫a的貼合面熔寬和第二焊縫b的貼合面熔寬；

d)試驗測定的焊縫貼合面熔寬結果取2件對應焊縫貼合面熔寬的算術平均值，結果數(shù)值應按相關產(chǎn)品標準的要求進行修約。如未規(guī)定具體要求，焊縫貼合面熔寬修約到0.001毫米。

丁字焊件剪切試驗的裁剪尺寸如表3所示(表中單位為毫米)，當厚度為2mm～8mm(不含2mm)的第一板材與厚度小于等于2mm的第二板材組合焊接時，表3中的尺寸按承受載荷能力低的板材厚度確定。

表3

剪切試驗過程如下：

a)對每個焊件編號標記，若為圖7所示焊件，則應對焊件中的兩條焊縫進行區(qū)別標記，如分別標記為第一焊縫a和第二焊縫b并應與圖9所示的焊縫標記第一焊縫a和第二焊縫b對應；

b)分別測量并記錄焊件對應的焊縫寬度；

c)使用合適的夾具夾持焊件，根據(jù)GB/T 228.1-2010規(guī)定對焊件進行連續(xù)加載，至焊件斷裂，記錄試驗期間的最大力F_m；

d)觀察并記錄焊件斷裂位置。

圖7所示焊件的抗剪切力學性能的計算過程如下：

a)記錄焊件的斷裂焊縫，若為第一焊縫a斷裂，計算時，焊件的焊縫寬度b₀取第一焊縫a的寬度、焊件焊縫貼合面熔寬c取第一焊縫a的貼合面熔寬；若為第二焊縫b斷裂，計算時，焊件的焊縫寬度b₀取第二焊縫b的寬度、焊件焊縫貼合面熔寬c取第二焊縫b的貼合面熔寬；

b)單條焊縫單位長度上的抗剪力按式(1)計算；

c)整個焊件的抗剪強度按下式(3)計算：

τ＝F_m/(c×b₀)……………………………………………(3)

式中：

τ——焊件的抗剪強度，單位為兆帕(MPa)；

c——焊件的焊縫貼合面熔寬，單位為毫米(mm)；

F_m——焊件斷裂前的最大力，單位為牛(N)；

b₀——焊件的焊縫寬度，單位為毫米(mm)。

圖8所示焊件的抗剪切力計算過程如下：

a)單條焊縫單位長度上的抗剪力應按式(1)計算；

b)整個焊件的抗剪強度應按式(3)計算。

試驗測定的結果數(shù)值應按相關產(chǎn)品標準的要求進行修約，如未規(guī)定具體要求，單條焊縫單位長度上的抗剪力F_j修約到1N/mm，抗剪強度τ修約到1MPa。

通過以上具體實施方式可以看出，本方法給出了一套用于測試板材激光焊接搭接焊件抗剪切力學性能的完整、可行的方法，彌補了現(xiàn)有技術中缺乏此類方法的技術空白，保障了激光焊接搭接焊件的焊接質量，提高了焊件在使用中的可靠性，極具推廣應用價值。

所屬領域的普通技術人員應當理解：以上任何實施例的討論僅為示例性的，并非旨在暗示本公開的范圍(包括權利要求)被限于這些例子；在本發(fā)明的思路下，以上實施例或者不同實施例中的技術特征之間也可以進行組合，步驟可以以任意順序實現(xiàn)，并存在如上所述的本發(fā)明的不同方面的許多其它變化，為了簡明它們沒有在細節(jié)中提供。

本發(fā)明的實施例旨在涵蓋落入所附權利要求的寬泛范圍之內(nèi)的所有這樣的替換、修改和變型。因此，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何省略、修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。