有关焊接接头力学性能测试方面若干问题的探讨

摘 要：由于不同标准对焊接接头性能测试以及焊接工艺评定的技术要求不尽相同，在进行试验前，应先核实合同或者技术协议中参考的试验标准，按照相关试验标准对试验结果做出科学合理的评判。

关键词：焊接接头;力学性能;测试;问题

一、 接头横向拉伸试验屈服强度与断后伸长率测试结果合理性分析

无论是焊接性能检验还是焊接工艺评定，焊接接头的拉伸性能都是一项重要的技术要求。对于焊接接头拉伸试验的取样位置，如果没有特殊说明，一般是指垂直于焊缝方向取样，拉伸试样的平行段由母材、熱影响区、熔合线、焊缝几部分组成，通过横向拉伸试验可以获得焊接接头的最薄弱环节，可用于评价焊接接头抵抗断裂的极限能力。

对于接头拉伸试验能够获得的性能指标，要求进行横向取样的GB/T2651-2008与NB/T47014-2011规定，抗拉强度Rm是其唯一的检验指标，而要求进行纵向取样的GB/T2652-2008对检验指标的要求等同于对母材的要求，除了要求测试焊缝的抗拉强度以外，还要求获得屈服强度Rp0.2、断后伸长率A以及断面收缩率Z。在日常的检测工作中发现，由于对于标准的理解存在偏差，一些工程技术人员在进行接头横向拉伸试验时，时常要求对接头的屈服强度和断后伸长率也进行测试，而笔者在查阅文献的过程中发现一些科研工作者也常常将接头横向拉伸的屈服强度作为焊接工艺评定的性能指标。

试验所选材料为16mm厚的Q345焊接试板（焊缝宽度约为14mm），按照GB/T228.1-2010中R4型试样加工出横向拉伸试样（焊缝在试样平行段的中间位置）、母材拉伸试样以及全焊缝拉伸试样。试验时母材与全焊缝试样夹持50mm引伸计，接头横向拉伸试样使用了10mm、25mm、50mm共3种标距的引伸计（引伸计夹持在试样平行段的中间位置）。接头横向拉伸试样虽然都断在了母材上，但所获得的抗拉强度均高于母材试样的，而低于全焊缝试样的;屈服强度的测试结果受引伸计标距的影响较大，所选用引伸计的标距越大，获得的屈服强度则越接近母材试样的，反之则越接近全焊缝试样的，当使用的引伸计标距小于焊缝的宽度时（对应10mm引伸计），甚至出现了试样已经断裂，但接头屈服强度仍未被测出的情况;依据GB/T228.1-2010，对断后伸长率也进行了计算，接头横向拉伸试样所获得的断后伸长率介于母材试样的与全焊缝试样之间，且远小于母材试样的。

对于焊接接头来讲，其包含了焊缝、熔合线、热影响区以及母材几部分，由于各部分材料成分与组织状态的差异，其整体材料性能不是均匀的，在拉伸试验过程中各部分的应力水平也是不同的。因此，接头横向拉伸试验所获得的屈服强度与断后伸长率既不能代表母材的性能，也不能够代表全焊缝的性能，不具有明确的物理意义，利用其来评价焊接接头的性能是不合理的。

二、 缺口开设位置对热影响区冲击性能的影响

焊接工艺评定中冲击性能也是一项重要的检验指标，由于整个接头区域包含了焊缝、熔合线、热影响区以及母材几部分，且各部分之间的材料成分与组织状态都有较大的差异，所以冲击试样缺口开设的位置对焊接接头冲击吸收能量的测试具有重要的影响。焊接接头冲击试样缺口开设位置包含焊缝、熔合线、热影响区以及母材4个区域，各个标准中对焊缝、熔合线及母材的规定较为明确，唯一没有明确缺口开设位置的是热影响区。

常用的几个标准对热影响区缺口位置的描述都过于模糊，仅有《中国船级社材料与焊接规范》焊接工艺认可试验部分对热影响区缺口取样位置进行了具体的规定，且以上规定仅仅针对熔化焊与压焊接头，对于热影响区极小的电子束焊或者激光焊，则没有标准可以参考。文献的研究结果指出，V型缺口底部圆弧中点与焊缝熔合线间的距离在极小的范围内偏移，即可对测得的冲击吸收能量产生显著的影响。这是因为热影响区冲击试样V型缺口有可能跨越了焊缝、熔合线、热影响区，甚至是母材，而在冲击试验过程中，当冲击设备的刀刃与试样接触后，试样开始在V型缺口根部起裂时，起裂的位置通常不会是一条线，而是一个点，由于缺口根部距离熔合线的距离不同，导致起裂点的位置也不尽相同，可能出现在焊缝、熔合线、热影响区、母材中的任何一个位置，不同起裂位置的起裂能量并不相同，最后获得的冲击吸收能量也就有较大的差异。

在实际工程应用中，有两种方法来确定热影响区缺口位置：其一，对于高强度钢材，试样轴线与熔合线交点向母材一侧偏移2mm作为缺口位置，对于低强度钢材，试样轴线与熔合线交点向母材一侧偏移1mm作为缺口位置;其二，对于厚钢板，试样轴线与熔合线交点向母材一侧偏移2mm作为缺口位置，对于薄钢板，试样轴线与熔合线交点向母材一侧偏移1mm作为缺口位置。以上这些都是经验做法，实施起来通常都比较粗糙。为了解决这个问题，API SPEC 5L-2007规定“为确保在适当位置开缺口，开缺口前应对试样进行腐蚀”。建议在大批量的试样加工中，开缺口前先对试样进行腐蚀，让缺口位置尽可能多地通过热影响区，这种做法可以成为减少缺口位置偏离、避免对试验结果产生异议而引起纠纷的有效措施。

三、 结束语

针对焊接接头性能测试与焊接工艺评定中常易引起分歧或者相关标准没有明确规定的一些问题，诸如通过横向拉伸试验获得接头的屈服强度与断后伸长率是否合理，热影响区冲击试样缺口位置的规定等进行了阐述，并从理论上进行了分析与讨论。

参考文献：

[1]赵衍华，李延民，郝云飞，陈玉耘，王国庆.2219铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头组织与性能分析[J].宇航材料工艺，2012（6）.

作者简介：

张劲凯，大连辽机路航特种车制造有限公司。