技术领域
[0001] 本
发明属于夏比冲击试样重组技术领域，具体涉及一种夏比冲击试样重组技术中最小插入段尺寸的判断方法。
背景技术
[0002] 目前核电站
反应堆压力容器（RPV）的辐照监督主要是通过定期取出辐照监督管，对其中所放置的力学性能测试试样、
温度测试装置和剂量测试装置进行测试与评估，以确定RPV材料的辐照脆化状况和运行环境。为了充分利用辐照监督管内的有限试样，试样重组技术被开发用来将破断的试样通过
焊接重组成新的试样，从而获取更多的数据以提高试验结果的
精度。
[0003] 现有试样重组技术实施方法采用
申请号为89100546.3的中国发明
专利公开的方法，如图1所示，该专利通过对破断的夏比冲击试样1’两端分别焊上支承杆2’，组成一个新的标准试样的方法来增加试样数量，从而提高试验数据可靠性。
现有技术通常使用
螺柱电弧焊、
电子束焊接或其他焊接方式来实现试样的重组过程。由于破断的试样尺寸有限，为尽可能重组更多的试样，有必要确定不影响材料性能的最小插入段尺寸。目前，最小插入段尺寸评价的确定方法主要采用如下公式（1）：
[0004] Wa,min>Wloss+2(Wp+max{WHAZ,WANL}) （1）
[0005] 其中，Wa,min是最小插入段尺寸宽度，Wloss是指由于焊接所损失的宽度，Wp是冲击试验过程产生的塑性区宽度，WHAZ是热影响区宽度，WANL是热回复区宽度，见图1。然而这一方法不能判断重组前后的试样性能是否发生了变化，如果重组后的试样与重组前存在显著性差异，则利用该方法得到的最小插入段尺寸就没有意义，不能用于辐照监督。
发明内容
[0006] 本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种夏比冲击试样重组技术中不会使重组前后试样性能产生差异性的最小插入段尺寸的判断方法。
[0007] 为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种夏比冲击试样重组技术中最小插入段尺寸的判断方法，它包括以下步骤：
[0008] （a）根据夏比冲击试样的材料种类选择
覆盖上平台和下平台区间的n个温度点对原始试样进行
夏比冲击试验得到破断试样，并分别绘制吸收功-温度回归曲线、剪切面积百分比-温度回归曲线，根据吸收功-温度回归曲线得到夏比冲击试样的下平台
能量值、上平台能量值、吸收功-温度回归曲线转变温度、第一拟合参数，根据剪切面积百分比-温度回归曲线得到第二拟合参数；
[0009] （b）测量处于吸收功-温度回归曲线上平台区域的夏比冲击试样维氏硬度值，并以该试样的端部
定位，以该试样的中心部位为原点、离中心部位的距离为横坐标、硬度为纵坐标绘制硬度-距离曲线，定义硬度-距离曲线中试样硬度平均值10%增量范围为塑性区边界，即为Wp；
[0010] （c）从所述破断试样端部切取两段5mm以上试验段进行焊接，焊接时在
焊接区域间隔相同距离布置
热电偶监控点，实时监测焊接过程中的温度变化得到WANL；
[0011] （d）
对焊接
块进行金相观察和硬度测试，以金相观察到的热影响区宽度和硬度测试的热影响区宽度中的大者为WHAZ，根据焊接方式的不同确定Wloss，并通过下述公式（1）确定Wa，min的下限值：
[0012] Wa,min≥Wloss+2(Wp+max{WHAZ,WANL}) （1）；
[0013] （e）在破断试样上切取不低于Wa，min的插入段，在插入段两端焊接上两个支承杆接长到标准长度，并在其中心部位加工缺口得重组试样，对重组试样重复步骤（a）的操作得到重组试样的下平台能量值、上平台能量值、转变温度、第一拟合参数和第二拟合参数；
[0014] （f）根据步骤（a）和步骤（e）中所述的下平台能量值、上平台能量值、吸收功-温度回归曲线转变温度、第一拟合参数和第二拟合参数，利用下述公式（2）、公式（3）分别确定所述夏比冲击试样和重组试样的性能特征参数：冲击吸收功为41焦
耳时的试验温度T41J、冲击吸收功为56焦耳时的试验温度T56J、断口
纤维率C为50%的转变温度FATT及上平台能USE，其中上平台能USE在数值上与A2相等，
[0015] 和
[0016] 式中：E为冲击吸收功，A1为下平台能量值，A2为上平台能量值，T为试验温度，Tt为吸收功-温度回归曲线转变温度，C为断口纤维率，FATT为断口纤维率为50%的转变温度，θ1为第一拟合参数，θ2为第二拟合参数；
[0017] （g）将步骤（f）中所述的夏比冲击试样和重组试样的性能特征参数T41J、T56J、FATT、USE分别建立两个正态分布的独立样本：对独立样本进行F检验，对于给定的显著性
水平α=0.05和
自由度n-1,当F值小于临界值F0.05/2(n,n)，则两个样本的方差齐性，采用t检验；当F值大于临界值F0.05/2(n,n)，则两个样本的方差非齐性，采用t’检验；当独立样本的t或t’值均低于临界值tα(ν)时，Wa,min符合最小插入段尺寸。
[0018] 优化地，步骤（b）中，所述焊接方式为电子束焊接。
[0019] 优化地，步骤（c）中，所述热电偶监控点距离为0.5mm。
[0020] 由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明夏比冲击试样重组技术中最小插入段尺寸的判断方法，通过在确定Wa,min下限值后继续对原始试样、重组试样的性能特征参数T41J、T56J、FATT、USE建立独立样本进行方差齐性判断，进而判断试样重组前后的性能是否发生变化，使得Wa,min的判断更加合理、更加准确、更加科学。
附图说明
[0021] 附图1为夏比试样重组示意图；
[0022] 附图2为重组试样硬度-轴向中心线距离曲线图；
[0023] 附图3为重组试样金相测试图；
[0024] 附图4为重组试样硬度分布图。
具体实施方式
[0025] 下面将结合附图对本发明优选实施方案进行详细说明：
[0026] 本发明夏比冲击试样重组技术中最小插入段尺寸的判断方法，它包括以下步骤：
[0027] （a）根据夏比冲击试样的材料种类选择覆盖上平台和下平台区间的n个温度点分别对原始试样进行夏比冲击试验得到破断试样，并分别绘制吸收功-温度回归曲线、剪切面积百分比-温度回归曲线，根据吸收功-温度回归曲线得到夏比冲击试样的下平台能量值、上平台能量值、吸收功-温度回归曲线转变温度、第一拟合参数，根据剪切面积百分比-温度回归曲线得到第二拟合参数；在本
实施例中，由于夏比冲击试样的材料为RPV材料，其选取的温度点个数n=8，测试温度分别为60℃、25℃、0℃、-20℃、-30℃、-40℃、-60℃和-80℃；
[0028] （b）测量处于吸收功-温度回归曲线上平台区域的夏比冲击试样维氏硬度值，并以该试样的端部定位，以该试样的中心部位为原点、离中心部位的距离为横坐标、硬度为纵坐标绘制硬度-距离曲线，定义硬度-距离曲线中试样硬度平均值10%增量范围为塑性区边界，即为Wp；在本实施例中，由于原点附近区域冲断后都发生严重
变形，试样硬度数据点从4mm开始，如图2所示，以超出硬度平均值10%增量范围为塑性区边界，在图2中塑性区宽度为8mm，即重组试样Wp为8mm；
[0029] （c）从所述破断试样端部切取两段5mm以上试验段进行焊接，焊接时在焊接区域间隔相同距离布置热电偶监控点，实时监测焊接过程中的温度变化得到WANL；
[0030] （d）对焊接块进行金相观察和硬度测试，以金相观察到的热影响区宽度和硬度测试的热影响区宽度中的大者为WHAZ，在本实施例中，如图3所示的金相观察结果，热影响区宽度最大部分为2.9mm，如图4所示的硬度分布图，中间峰值区为热影响区宽度（即焊接硬化区），宽度为3.5mm，取两者中的大者3.5mm为WHAZ；由于本实施例中焊接方式为电子束焊接，对于电子束焊接而言，Wloss=0且本试验中的WANL约为3mm，并通过下述公式（1）确定Wa,min的下限值：
[0031] Wa,min≥Wloss+2(Wp+max{WHAZ,WANL}) （1）
[0032] 根据上述数据可以计算Wa,min为20mm，因此可取20mm及以上尺寸的试样作为插入段尺寸进行下一步骤试验，本实施例中以某
反应堆压力容器材料未辐照的夏比冲击试样和最小插入段为23mm的重组试样为样品进行试验；
[0033] （e）在破断试样上切取不低于Wa，min的插入段，在插入段两端焊接上两个支承杆接长到标准长度，并在其中心部位加工缺口得重组试样（如图1所示），对重组试样重复步骤（a）的操作得到重组试样的下平台能量值、上平台能量值、转变温度、第一拟合参数和第二拟合参数；
[0034] （f）根据步骤（a）和步骤（e）中所述的下平台能量值、上平台能量值、吸收功-温度回归曲线转变温度、第一拟合参数和第二拟合参数，利用下述公式（2）、公式（3）分别确定所述夏比冲击试样和重组试样的性能特征参数：冲击吸收功为41焦耳时的试验温度T41J、冲击吸收功为56焦耳时的试验温度T56J、断口纤维率C为50%的转变温度FATT及上平台能USE，其中上平台能USE在数值上与A2相等，
[0035] 和
[0036] 式中：E为冲击吸收功，A1为下平台能量值，A2为上平台能量值，T为试验温度，Tt为吸收功-温度回归曲线转变温度，C为断口纤维率，FATT为断口纤维率为50%的转变温度，θ1为第一拟合参数，θ2为第二拟合参数；
[0037] （g）可以对多个夏比冲击试样和重组试样进行测试，用于将步骤（f）中得到的性能特征参数T41J、T56J、FATT、USE建立两个正态分布的独立样本，本实施例中，重组试样的最小插入段尺寸为23mm，其与夏比冲击试样的性能特征参数和标准差列于表1中；
[0038] 表1夏比冲击试样和重组试样的性能特征参数和标准差
[0039]
[0040] 接着对独立样本进行F检验，检验验证方差齐性：
[0041] 1）独立样本的F检验
[0042] 对于两个正态分布的独立样本，样本方差分别依据下述公式表示：
[0043]
[0044]
[0045] 根据这两个样本方差之间的大小关系，建立统计量F：
[0046]
[0047] 两个样本的自由度分别为n1-1和n2-1，其中n1=20，n2=18，给定的显著性水平α=0.05，如果计算的F值小于临界F0.05/2(n1,n2)，则两个样本的方差齐性，采用t检验；如果计算的F值高于临界的F0.05/2(n1,n2)，则两个样本的方差非齐性，采用t’检验；
[0048] 2）两个独立样本的t检验
[0049] 对于两个独立的正态分布样本，建立统计量t:
[0050]
[0051] 和 分别是样本均值，t分布的自由度ν为n1+n2-2，其中n1=20，n2=18，S1和S2分别为两个样本的标准差
[0052]
[0053]
[0054] 3）两个独立样本的t’检验
[0055] 对于方差非齐性的两个独立样本，建立统计量t’：
[0056]
[0057] 该t’分布的自由度ν则通过下式进行计算：
[0058]
[0059] 对于给定的显著性水平α=0.05，如果统计量的t/t’值低于临界tα(ν)，说明两个样本特征值不存在差异,Wa,min符合最小插入段尺寸；如果统计量的t/t’值高于临界tα(ν)，则说明两个样本特征值是存在差异的,Wa,min不符合最小插入段尺寸。
[0060] 本实施例中，夏比冲击试样和重组试样的性能特征参数差异性检验数据列于表2中。从表2中可以得出，23mm插入段重组试样的性能参数T41J、T56J、FATT、USE均不存在差异性，即23mm是最小插入段尺寸。
[0061] 表2特征参数差异性检验
[0062]
[0063] 上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
