10-2 焊接接头的力学性能(一)

接头最低塑性区变形能力的控制。纵向弯曲没有横弯和侧弯
使用的普遍，大多设计规程不规定进行纵弯。纵弯多在科研 试验和某些焊后承受变形加工部件的 工艺评定中使用。
焊接接头的力学性能 2)管接头的压扁性能
带纵焊缝和环焊 缝的小直径管接头，不
能取样进行弯曲试验 时，按GB/T2653—1989 《焊接接头弯曲及压扁试验方法》进行压扁 试验。压扁试验是将管接头外壁距离压至H 时（如图3-9示），检 查焊缝受拉部位有无
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10-2 焊接接头的力学性能（一）
焊接接头的力学性能
考查结构能否保证安全运行，在要求的期限内达到设计功能
的最直接、最可靠的方法是观察结构的实际运行。但这个方法在
时间和物质消耗两方面都是最不经济的，因此提出了许多试验方 法，其中最基本的是在不同环境中（或经不同环境使用后）的材
料力学性能试验。
力控制。但是根据受试接头 焊缝宽度的不同，相邻热影响区材料对横向和 侧
向弯曲也有不同程度的影响。所以横向和侧向弯曲件能是接头横向变形能力的 工程度量， 不是单纯焊缝塑性形变能力指标。
焊接接头的力学性能
纵向弯曲时接头各区受到相同程度的形 变，开裂首先 发生在压轴下受拉面的最低塑性区，因此纵向芎曲角主要受
。对 于异质材料的焊接接头，除上述力学性能
不均 勻外，接头各部分的其他物理性能（例如 弹性模量等）有时也可能存在较大差别，这些都
经常导致焊接接头力学性能测试结果的较大分散
性，甚至对相同接头，由于测试细节上的不同, 不同的测试者之间也可能得出具有显著差别的试 验结果。
焊接接头的力学性能 1.1焊接接头的力学性能及测试 1.1.1力学性能试样取样的一般原则 正确进行试样取样是关系力学性能试验的 最终结果是否正确合理的首要条 件，因而掌握取样的一般原则十分重要。这里给出熔焊接头的冲击、拉伸、弯
缩颈延伸变形两部分，由于后者属非均匀延伸变形，所以测量标距的影响。
按GB/T228 —1987 —般采用两种不同比例尺寸的试样，即标距l0为10倍断面直 径^的长试样和等于5d的短试样。
焊接接头的力学性能
短试样测取的δ大于相同材料的长试样，因此δ的数值在具有相同比例尺 寸试样测试结果之间比较才有意义。由于节省材料，短形试样得到更多地应 用。ψ是拉力试样断口处断面积减少值与其初始数值的百分比，它与试样的 标距无关，不同试样所测得的断面收缩率之间有较好的可比性。一般情况下 ，同类材料的δ和 ψ之间有相应的增减规律，但不总是正比变化。不同材料 之间δ和 ψ无固定规律。
度的电弧焊冲击试样的取样方法，图中a为
试板 厚度，c为至表面距离，其值为1〜3mm 。其 余试样的取样方法参见GB/T2649 — 1989。如无特殊要求，试样的数量一般是： 接头和焊缝金属的拉伸试样各不少于2个，
冲击试样不少于3个，点焊接头抗剪切试样
不少于5个，疲劳不少于6个，压扁不少于1 个，接头各区域 硬度测点不少于3点。
拉伸试验只能得出焊缝强度高于母材的结论，不能定量地比较焊缝的强度和
塑性。
焊接接头的力学性能
在低强匹配的焊接接头（即焊缝强度低于母材）横向拉伸试验中， 主要的塑性形变、缩颈和断裂虽然都发生在焊缝中，但是由于塑性形变 的集中和母材对焊缝形变的约束作 用，这种试验测出的δ和ψ也不能用来 比较 焊缝金属的塑性。因此按GB/T2651-1989, 横向焊接接头拉伸试验只 测取抗拉强度σb。 低强匹配的横向拉伸试样虽然断在焊缝，但由此得到
焊接接头的力学性能
一般材料沿纵向的拉伸性能稍优于横向， 但随着现代钢铁工业的进步，材料
本身纵横向的拉伸性能的差异逐渐减少。沿厚度（Z)方 向的拉伸试验结果一般有 较大的分散性，Z向拉伸性能较大地取决于材料的杂质成分及其加工过程。很多工 程材料的Z向拉伸强度可能 稍低于其他两个方向，但Z向拉伸的塑性(δ和ψ）却显 著低于其他两个方向，但Z向拉伸经常用来评价材料对于垂直表面受拉力的焊接结
焊接接头的力学性能
严格而论，除部分腐蚀和功能试验外，大多数的试验均属力学性
能试验。但传统上只把在常压及一定温度范围进行的与超载变形、断
裂和脆断有关的力学性能称为材料和焊接接头的力学性能。断裂力学 出现前，经常把拉伸、弯曲和冲击试验所测取的材料性能称作材料的 基本力学性能（常常也包括硬度试验）。随着断裂力学的发展及其在 工程中进行安全评估的日益普遍应用，断裂韧度与脆断试验也常常作 为焊接接头的重要力学性能加以考虑。
构的适用性。在现代焊接性研究中，Z向拉伸测试的δ和ψ还被做为钢材层状撕裂
敏感性的度量。
焊接接头的力学性能
2)焊缝金属和焊接接头的拉伸性能
焊缝金属拉伸试样的受试部分应全 部取在焊缝中(图3-5)。试板的焊接应与 实际工程焊接条件相同。由于焊缝各层 的性能是不完全相同的， 因此焊接力学
性能试样的取样应严格按标准进行（
区的最高硬度还被用来评价钢材的冷裂倾向（GB/T4675.5 — 1984《焊接性
试验焊接热影响区最髙硬度试验方》）。
焊接接头的力学性能
焊接接头的力学性能 (3)焊接接头的弯曲与压扁性能 1)焊接接头的弯曲性能
弯曲试验用来评价焊接接
头的塑性变形能力和显示受拉 面的焊接缺陷。按GB/T26531989《焊接接头弯曲及压扁试 验方法》，采用横穹、纵弯和
焊接接头的力学性能
试样切取可采用冷加工或热加工的方法， 但采用热加工方
法时，应注意留有足够的加工余量，保证火焰切割时的热影响 区不能影响性能试验结果。如切取的试样发生弯曲变形，除非
受试部位不受影晌或随后要进行正火等热处理，否则一般都不
允许矫直。
焊接接头的力学性能
焊接接头的力学性能 对于进行不同力学性能试验的试样，其取 样方法也有不同要求，图3-2给出了不同厚
焊接接头的力学性能
1.1.2基本力学性能测试 (1)拉伸性能 1)母材的拉伸性能母材金属沿纵向、 横向
和厚度方向（Z向）的性能是不相同的。
沿三个不同方向切取的拉伸试样（）图33)可测取母材沿三个不同方向的强度和塑 性。按 GB/T228-1987《金属拉伸试验法》 加工试样 和进行拉伸试验。
焊接接头的力学性能 试验结果可绘成图3-4所示 的工程应力-应变图，其纵坐标表示的应力（ σ) 为拉伸载荷除以试样的初始断面积，横坐标表示的应变（ε）为试样受试 段的伸长量除以受试段的原始长度。
焊接接头的力学性能
由拉伸试验可以选取材料的规定非比例伸长应力（σp),规定的总伸长率为
0.5%时的应力σt0.5；规定残余伸长应力σr0.2(用σr0.2表示规定残余伸长率为
0.2%时的应力），屈服点（σs)和抗拉强度（σb) 对于具有上屈服点（σsb)和下
屈服点（σsl)的材料（图3-4b), 称下屈服点为该材料的屈服点。在没有明显屈服 平台的情况下（图3-4 c),习惯上用 (σp0.2)代表材料的屈服点。不同尺寸和断 面 的相同材料的拉伸试样测取的σp、σt、σr、σs是相同的。
低于焊缝，有时还可能低于母材。 相反，具有较高塑性焊缝的低强匹配的接
头可 得到较高的纵向抗拉强度。因此联系焊缝以及管道和圆筒形压力容器的 环焊缝，采用有较好塑性的低强匹配的焊接接头可能更为T2654-1989《焊接接头及堆焊金属硬度试验方 法》进行。一般情况下金属的强度和硬度对于确定类型的材料存在一定的
焊接接头的力学性能
焊接接头的力学性能 焊接接头纵向拉伸尚未列入国家标准。这类试样模拟了联系焊缝工作条 件，也适用于评价圆柱形压力容器和管道的环焊缝的工作条件 (此时垂直焊缝 方向的应力是平行焊缝方向的一半）。在焊接接头纵向拉伸过程中，主要特 点是焊缝接头各区承受相同数值的应变。具有较高强度和较低塑性的焊缝的 超强匹配焊接接头的纵向拉伸试件的断裂首先发生在焊缝区， 其抗拉强度既
经验关系，做为一个例子示于表3-2。焊接接头的 硬度除用来估算接头各区
的强度外，接头硬度也常与焊件的使用性能有关。例如做为抗磨损能力的 度量，耐磨堆焊件经常规定其最低允许硬度数值，对于另一些焊件，特别 是在含氢介质下工作的结构，由于淬硬组织易引起氢致开裂和其他氢损伤 ，因此有时规定 焊缝的最高硬度不能超过某个上限数值。焊接接头热影响
弯曲试验法特别适用于两种母材或母材和焊缝之
间弯曲性能显著不同的横向弯曲试验。
焊接接头的力学性能
弯曲试验的压头和内辊直径D根据相应试验材料的技术条件规定取用。D
和弯曲试样厚 度《的比值对弯曲性能有很大影响，不同D/a 条件测取的弯曲角 不能相互比较。 弯曲过程中压轴下面受拉面的材料产生最大拉伸形变，开裂常在此处发生 ，因此横向弯曲和使向弯曲性能主要受压轴下方受拉面的焊缝金属塑性变形能
焊接接头的力学性能
焊接接头横向拉伸试验按GB/T2651 — 1989《焊接接头拉伸试验方法》进
行。其中主要特点是受试区所包含的焊接接头各区在 拉伸加载时，承受相
同数值的应力，拉伸中 的大部分塑性变形和最后断裂都发生在最弱区。焊 接接头力学性能不均匀性对接头横向拉伸性能有明显影响。在超强匹配焊接 接头横向拉伸时，大部分塑性形变发生在母材（焊 接低碳钢时），或热影 响区（焊接调质钢时）f 缩颈和断裂也发生在上述相应区域。这种情况下，
侧弯三种基本类型的弯曲试样
（图3-7) 。
焊接接头的力学性能 对横弯和纵弯试样，根据弯曲时受拉面的不 同又可分为正弯（受拉面为焊缝正面）和背弯（ 受拉面为焊缝背面）。采用三点弯曲和辊筒弯曲
两种试验方法（图3-8)。弯曲试验中常用弯曲角
α(图 3-8)达到技术条件规定的数值时，以是否开 裂评定受试接头是否满足要求。有时也以受拉面 出现裂纹时的临界弯曲角α比较受试接头的弯曲 性能。工程上较多使用三点弯曲试验方法。 辊简
GB/T2649 —1989)，否则将降低试验结果 的可比性。
焊接接头的力学性能
焊缝金属的拉伸试验方法按GB/T2652—1989《焊缝及熔敷金属拉伸试验 方法》进行，测试项目和母材拉伸试验完全相同。 焊接接头拉伸试样包括了母材、热影响区 和焊缝三部分，横向和纵向两 种形式的焊接接头拉伸试样示于图3-5。