關(guān)于強(qiáng)屈比在船舶焊接材料檢驗(yàn)中的應(yīng)用探討

江澤新，馬金軍，鄭文凱，陳慶城

（廣船國(guó)際有限公司，廣州511462）

1 前言

強(qiáng)屈比是材料在進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí)抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度的比值，反過(guò)來(lái)則稱(chēng)為屈強(qiáng)比。屈服強(qiáng)度是塑性變形的起點(diǎn)，抗拉強(qiáng)度是能承受的力的最大點(diǎn)，因此強(qiáng)屈比越大，則屈服到受力最大點(diǎn)的距離越大，同時(shí)從塑性變形到斷裂的形變?nèi)萘恳苍酱蟆?/p>

對(duì)于材料的強(qiáng)屈比要求主要應(yīng)用在有抗震要求的高層建筑用鋼以及管線用鋼[1-4]，如GB50011《建筑抗震設(shè)計(jì)要求》中要求“對(duì)于一﹑二﹑三抗震等級(jí)的的框架，其縱向受力鋼筋采用普通鋼筋時(shí)，鋼筋的抗拉強(qiáng)度實(shí)測(cè)值與屈服強(qiáng)度實(shí)測(cè)值的比值不應(yīng)小于1.25”；GB/T 9711《石油天然氣工業(yè)管線輸送系統(tǒng)用鋼管》要求“X42-80鋼強(qiáng)屈比不低于1.11等。

由于強(qiáng)屈比在部分規(guī)范中的要求，也讓此概念在船舶焊接材料檢驗(yàn)方面得到應(yīng)用。為此，筆者根據(jù)已有的研究成果以及焊材檢驗(yàn)的大量數(shù)據(jù)，對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行綜合分析和探討。

2 焊接材料的選擇

鋼材焊接在選擇焊接材料時(shí)，要求焊材至少要滿足母材的性能要求，如母材的強(qiáng)度﹑延伸率﹑沖擊韌性等；如果母材有防腐﹑耐磨要求，則焊接材料焊接后的焊縫也應(yīng)滿足相關(guān)要求。因此，對(duì)于強(qiáng)屈比要求應(yīng)用到焊材檢驗(yàn)中的熔敷金屬試驗(yàn)時(shí)，最主要的是看設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)所用的母材是否有相關(guān)要求，如果對(duì)母材無(wú)此要求，則理論上焊材熔敷金屬也不需要強(qiáng)屈比值要求。

3 強(qiáng)屈比與焊材性能的關(guān)系

根據(jù)管線鋼的研究及試驗(yàn)結(jié)果表明，強(qiáng)屈比越大則延伸率越大[5]；但焊接材料熔敷金屬試驗(yàn)的結(jié)果則表明并無(wú)相關(guān)關(guān)系。筆者對(duì)比本公司2016年藥芯焊絲熔敷金屬試驗(yàn)結(jié)果，同一塊試板的延伸率﹑低溫沖擊值與強(qiáng)屈比的關(guān)系，見(jiàn)圖1和圖2所示。可以看出延伸率增高﹑沖擊值增大時(shí)，強(qiáng)屈比并未隨著發(fā)生規(guī)律變化，且各數(shù)據(jù)點(diǎn)離散度較高，可以說(shuō)明焊材熔敷金屬的強(qiáng)屈比與塑性﹑低溫韌性并無(wú)對(duì)應(yīng)關(guān)系。

圖1 沖擊值與強(qiáng)屈比關(guān)系

圖2 延伸率與強(qiáng)屈比關(guān)系

焊材的抗裂性與化學(xué)成分﹑氫含量﹑焊接參數(shù)有關(guān)系，化學(xué)成分的影響可以通過(guò)裂紋敏感系數(shù)Pcm表示。通過(guò)對(duì)本公司2015年藥芯焊絲熔敷金屬試驗(yàn)，對(duì)同一試板拉伸試驗(yàn)及化學(xué)成分分析，得出如圖3所示裂紋敏感系數(shù)與強(qiáng)屈比的關(guān)系。由圖3可以看出，裂紋敏感系數(shù)增大，而強(qiáng)屈比反復(fù)出現(xiàn)增大﹑減小，且各數(shù)據(jù)點(diǎn)離散度較高，可以得出裂紋敏感性與強(qiáng)屈比并無(wú)對(duì)應(yīng)關(guān)系，也無(wú)規(guī)律可循。

圖3 裂紋敏感性系數(shù)與強(qiáng)屈比關(guān)系

4 強(qiáng)屈比的影響因素

圖 4 熱輸入量與屈服強(qiáng)度的關(guān)系

圖 5 熱輸入量與抗拉強(qiáng)度的關(guān)系

圖 6 熱輸入量與屈強(qiáng)比的關(guān)系

5 強(qiáng)屈比應(yīng)用探討

隨著微合金化技術(shù)﹑熱機(jī)控軋技術(shù)的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用，強(qiáng)屈比的要求也逐漸弱化。東濤等人[6]認(rèn)為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性應(yīng)著眼于“總體屈服”，要求在裂紋產(chǎn)生之前具有一定的塑性變形能力，這是不發(fā)生突然斷裂的先決條件，所以只要認(rèn)定鋼材有足夠的韌塑性變形容量，采用較高屈強(qiáng)比的材料是安全的；高惠臨[7]提出當(dāng)強(qiáng)屈比超標(biāo)或?qū)?qiáng)屈比的大小有疑慮時(shí),應(yīng)結(jié)合材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線及其均勻伸長(zhǎng)率﹑形變硬化指數(shù)和靜力韌度等進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。靜力韌度也稱(chēng)強(qiáng)塑值,其大小等于材料應(yīng)力-應(yīng)變曲線所包圍的面積。

在應(yīng)力-應(yīng)變曲線中，抗拉點(diǎn)和屈服點(diǎn)僅是坐標(biāo)平面內(nèi)的兩個(gè)點(diǎn)，強(qiáng)屈比是這兩點(diǎn)數(shù)值的比值。以圖7所示材料A﹑B﹑C的應(yīng)力應(yīng)變曲線為例：對(duì)比材料B和C，材料B強(qiáng)屈比高﹑材料C低，但材料C塑性高于材料B。如果以靜力韌度評(píng)價(jià)，材料C高于材料B；對(duì)比材料A和B，抗拉強(qiáng)度兩種材料相同，材料A屈服強(qiáng)度較高，所以材料B強(qiáng)屈比高于材料A。但塑性方面材料A高于材料B，靜力韌度也同樣如此。隨著材料科技的發(fā)展，越來(lái)越多的工程材料與材料A類(lèi)似，屈服﹑抗拉較高﹑強(qiáng)屈比較低，但塑性﹑韌性都越來(lái)越好，所以強(qiáng)屈比的應(yīng)用逐漸弱化，而著重考慮材料其它綜合性能。

圖7 應(yīng)力-應(yīng)變曲線

6 總結(jié)

（1）焊材熔敷金屬的強(qiáng)屈比與延伸率﹑沖擊韌性﹑抗裂性無(wú)對(duì)應(yīng)關(guān)系，不能認(rèn)為強(qiáng)屈比高就塑性﹑韌性﹑抗裂性也高；

（2）焊材類(lèi)型不同，強(qiáng)屈比的平均值也不同；同時(shí)，焊材熔敷金屬試驗(yàn)的方法也對(duì)強(qiáng)屈比有影響，熱輸入量越大，則強(qiáng)屈比越高；

（3）強(qiáng)屈比在工程材料的應(yīng)用中逐漸弱化，在焊接材料檢驗(yàn)中也無(wú)實(shí)際價(jià)值，不能體現(xiàn)焊材的相關(guān)性能，因此不宜設(shè)置此要求作為材料驗(yàn)收的條件。