有關焊接接頭力學性能測試方面若干問題的探討

摘 要：由于不同標準對焊接接頭性能測試以及焊接工藝評定的技術要求不盡相同，在進行試驗前，應先核實合同或者技術協議中參考的試驗標準，按照相關試驗標準對試驗結果做出科學合理的評判。

關鍵詞：焊接接頭;力學性能;測試;問題

一、 接頭橫向拉伸試驗屈服強度與斷后伸長率測試結果合理性分析

無論是焊接性能檢驗還是焊接工藝評定，焊接接頭的拉伸性能都是一項重要的技術要求。對于焊接接頭拉伸試驗的取樣位置，如果沒有特殊說明，一般是指垂直于焊縫方向取樣，拉伸試樣的平行段由母材、熱影響區、熔合線、焊縫幾部分組成，通過橫向拉伸試驗可以獲得焊接接頭的最薄弱環節，可用于評價焊接接頭抵抗斷裂的極限能力。

對于接頭拉伸試驗能夠獲得的性能指標，要求進行橫向取樣的GB/T2651-2008與NB/T47014-2011規定，抗拉強度Rm是其唯一的檢驗指標，而要求進行縱向取樣的GB/T2652-2008對檢驗指標的要求等同于對母材的要求，除了要求測試焊縫的抗拉強度以外，還要求獲得屈服強度Rp0.2、斷后伸長率A以及斷面收縮率Z。在日常的檢測工作中發現，由于對于標準的理解存在偏差，一些工程技術人員在進行接頭橫向拉伸試驗時，時常要求對接頭的屈服強度和斷后伸長率也進行測試，而筆者在查閱文獻的過程中發現一些科研工作者也常常將接頭橫向拉伸的屈服強度作為焊接工藝評定的性能指標。

試驗所選材料為16mm厚的Q345焊接試板（焊縫寬度約為14mm），按照GB/T228.1-2010中R4型試樣加工出橫向拉伸試樣（焊縫在試樣平行段的中間位置）、母材拉伸試樣以及全焊縫拉伸試樣。試驗時母材與全焊縫試樣夾持50mm引伸計，接頭橫向拉伸試樣使用了10mm、25mm、50mm共3種標距的引伸計（引伸計夾持在試樣平行段的中間位置）。接頭橫向拉伸試樣雖然都斷在了母材上，但所獲得的抗拉強度均高于母材試樣的，而低于全焊縫試樣的;屈服強度的測試結果受引伸計標距的影響較大，所選用引伸計的標距越大，獲得的屈服強度則越接近母材試樣的，反之則越接近全焊縫試樣的，當使用的引伸計標距小于焊縫的寬度時（對應10mm引伸計），甚至出現了試樣已經斷裂，但接頭屈服強度仍未被測出的情況;依據GB/T228.1-2010，對斷后伸長率也進行了計算，接頭橫向拉伸試樣所獲得的斷后伸長率介于母材試樣的與全焊縫試樣之間，且遠小于母材試樣的。

對于焊接接頭來講，其包含了焊縫、熔合線、熱影響區以及母材幾部分，由于各部分材料成分與組織狀態的差異，其整體材料性能不是均勻的，在拉伸試驗過程中各部分的應力水平也是不同的。因此，接頭橫向拉伸試驗所獲得的屈服強度與斷后伸長率既不能代表母材的性能，也不能夠代表全焊縫的性能，不具有明確的物理意義，利用其來評價焊接接頭的性能是不合理的。

二、 缺口開設位置對熱影響區沖擊性能的影響

焊接工藝評定中沖擊性能也是一項重要的檢驗指標，由于整個接頭區域包含了焊縫、熔合線、熱影響區以及母材幾部分，且各部分之間的材料成分與組織狀態都有較大的差異，所以沖擊試樣缺口開設的位置對焊接接頭沖擊吸收能量的測試具有重要的影響。焊接接頭沖擊試樣缺口開設位置包含焊縫、熔合線、熱影響區以及母材4個區域，各個標準中對焊縫、熔合線及母材的規定較為明確，唯一沒有明確缺口開設位置的是熱影響區。

常用的幾個標準對熱影響區缺口位置的描述都過于模糊，僅有《中國船級社材料與焊接規范》焊接工藝認可試驗部分對熱影響區缺口取樣位置進行了具體的規定，且以上規定僅僅針對熔化焊與壓焊接頭，對于熱影響區極小的電子束焊或者激光焊，則沒有標準可以參考。文獻的研究結果指出，V型缺口底部圓弧中點與焊縫熔合線間的距離在極小的范圍內偏移，即可對測得的沖擊吸收能量產生顯著的影響。這是因為熱影響區沖擊試樣V型缺口有可能跨越了焊縫、熔合線、熱影響區，甚至是母材，而在沖擊試驗過程中，當沖擊設備的刀刃與試樣接觸后，試樣開始在V型缺口根部起裂時，起裂的位置通常不會是一條線，而是一個點，由于缺口根部距離熔合線的距離不同，導致起裂點的位置也不盡相同，可能出現在焊縫、熔合線、熱影響區、母材中的任何一個位置，不同起裂位置的起裂能量并不相同，最后獲得的沖擊吸收能量也就有較大的差異。

在實際工程應用中，有兩種方法來確定熱影響區缺口位置：其一，對于高強度鋼材，試樣軸線與熔合線交點向母材一側偏移2mm作為缺口位置，對于低強度鋼材，試樣軸線與熔合線交點向母材一側偏移1mm作為缺口位置;其二，對于厚鋼板，試樣軸線與熔合線交點向母材一側偏移2mm作為缺口位置，對于薄鋼板，試樣軸線與熔合線交點向母材一側偏移1mm作為缺口位置。以上這些都是經驗做法，實施起來通常都比較粗糙。為了解決這個問題，API SPEC 5L-2007規定“為確保在適當位置開缺口，開缺口前應對試樣進行腐蝕”。建議在大批量的試樣加工中，開缺口前先對試樣進行腐蝕，讓缺口位置盡可能多地通過熱影響區，這種做法可以成為減少缺口位置偏離、避免對試驗結果產生異議而引起糾紛的有效措施。

三、 結束語

針對焊接接頭性能測試與焊接工藝評定中常易引起分歧或者相關標準沒有明確規定的一些問題，諸如通過橫向拉伸試驗獲得接頭的屈服強度與斷后伸長率是否合理，熱影響區沖擊試樣缺口位置的規定等進行了闡述，并從理論上進行了分析與討論。

參考文獻：

[1]趙衍華，李延民，郝云飛，陳玉耘，王國慶.2219鋁合金雙軸肩攪拌摩擦焊接頭組織與性能分析[J].宇航材料工藝，2012（6）.

作者簡介：

張勁凱，大連遼機路航特種車制造有限公司。