关于强屈比在船舶焊接材料检验中的应用探讨

2019-01-11江泽新马金军郑文凯陈庆城

广东造船 2018年6期

江泽新，马金军，郑文凯，陈庆城

（广船国际有限公司，广州511462）

1 前言

强屈比是材料在进行拉伸试验时抗拉强度与屈服强度的比值，反过来则称为屈强比。屈服强度是塑性变形的起点，抗拉强度是能承受的力的最大点，因此强屈比越大，则屈服到受力最大点的距离越大，同时从塑性变形到断裂的形变容量也越大。

对于材料的强屈比要求主要应用在有抗震要求的高层建筑用钢以及管线用钢[1-4]，如GB50011《建筑抗震设计要求》中要求“对于一﹑二﹑三抗震等级的的框架，其纵向受力钢筋采用普通钢筋时，钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于1.25”；GB/T 9711《石油天然气工业管线输送系统用钢管》要求“X42-80钢强屈比不低于1.11等。

由于强屈比在部分规范中的要求，也让此概念在船舶焊接材料检验方面得到应用。为此，笔者根据已有的研究成果以及焊材检验的大量数据，对此问题进行综合分析和探讨。

2 焊接材料的选择

钢材焊接在选择焊接材料时，要求焊材至少要满足母材的性能要求，如母材的强度﹑延伸率﹑冲击韧性等；如果母材有防腐﹑耐磨要求，则焊接材料焊接后的焊缝也应满足相关要求。因此，对于强屈比要求应用到焊材检验中的熔敷金属试验时，最主要的是看设计时对所用的母材是否有相关要求，如果对母材无此要求，则理论上焊材熔敷金属也不需要强屈比值要求。

3 强屈比与焊材性能的关系

根据管线钢的研究及试验结果表明，强屈比越大则延伸率越大[5]；但焊接材料熔敷金属试验的结果则表明并无相关关系。笔者对比本公司2016年药芯焊丝熔敷金属试验结果，同一块试板的延伸率﹑低温冲击值与强屈比的关系，见图1和图2所示。可以看出延伸率增高﹑冲击值增大时，强屈比并未随着发生规律变化，且各数据点离散度较高，可以说明焊材熔敷金属的强屈比与塑性﹑低温韧性并无对应关系。

图1 冲击值与强屈比关系

图2 延伸率与强屈比关系

焊材的抗裂性与化学成分﹑氢含量﹑焊接参数有关系，化学成分的影响可以通过裂纹敏感系数Pcm表示。通过对本公司2015年药芯焊丝熔敷金属试验，对同一试板拉伸试验及化学成分分析，得出如图3所示裂纹敏感系数与强屈比的关系。由图3可以看出，裂纹敏感系数增大，而强屈比反复出现增大﹑减小，且各数据点离散度较高，可以得出裂纹敏感性与强屈比并无对应关系，也无规律可循。

图3 裂纹敏感性系数与强屈比关系

4 强屈比的影响因素

图 4 热输入量与屈服强度的关系

图 5 热输入量与抗拉强度的关系

图 6 热输入量与屈强比的关系

5 强屈比应用探讨

随着微合金化技术﹑热机控轧技术的开发及应用，强屈比的要求也逐渐弱化。东涛等人[6]认为结构设计的安全性应着眼于“总体屈服”，要求在裂纹产生之前具有一定的塑性变形能力，这是不发生突然断裂的先决条件，所以只要认定钢材有足够的韧塑性变形容量，采用较高屈强比的材料是安全的；高惠临[7]提出当强屈比超标或对强屈比的大小有疑虑时,应结合材料的应力-应变曲线及其均匀伸长率﹑形变硬化指数和静力韧度等进行综合评价。静力韧度也称强塑值,其大小等于材料应力-应变曲线所包围的面积。

在应力-应变曲线中，抗拉点和屈服点仅是坐标平面内的两个点，强屈比是这两点数值的比值。以图7所示材料A﹑B﹑C的应力应变曲线为例：对比材料B和C，材料B强屈比高﹑材料C低，但材料C塑性高于材料B。如果以静力韧度评价，材料C高于材料B；对比材料A和B，抗拉强度两种材料相同，材料A屈服强度较高，所以材料B强屈比高于材料A。但塑性方面材料A高于材料B，静力韧度也同样如此。随着材料科技的发展，越来越多的工程材料与材料A类似，屈服﹑抗拉较高﹑强屈比较低，但塑性﹑韧性都越来越好，所以强屈比的应用逐渐弱化，而着重考虑材料其它综合性能。