CN104483223B - 一种钢板层状撕裂敏感性评定方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种钢板层状撕裂敏感性评定方法，属于材料工程领域，涉及到金属材料的性能试验方法，特别适用于评价高强钢板的层状撕裂敏感性，包括试件制备、试验过程和层状撕裂敏感性的评价。试验方法的步骤为，先制作试验底板和带有坡口的焊接试板；然后按设定的焊接规范参数焊接试验焊缝；焊完的试件经48小时自然空冷后对试件进行断面裂纹检查。本发明能够较好地再现钢板的层状撕裂现象，具有对钢板层状撕裂敏感性评价进行方便、试验可靠和评定准确的优点，具有较大的实用性和推广应用价值。

Description

一种钢板层状撕裂敏感性评定方法

技术领域

本发明属于材料工程领域，涉及到金属材料的性能试验方法，具体的说是一种钢板层状撕裂敏感性评定方法。

背景技术

层状撕裂是大厚度钢板在受到垂直于板材表面方向应力时，在钢板内部出现的一种沿钢板轧制方向发展的具有阶梯状的裂纹。钢结构体系中应力应变状况复杂，在焊接过程中常在钢板的厚度承受较大的拉伸应力，当板厚方向作用拉应力，特别是循环拉应力作用时，在焊接热影响区或焊缝附近母材产生层状撕裂，常出现在T形接头、角接头和十字接头中。这种层状撕裂现象严重影响到构件的安全，一是由于这种层状撕裂现象很难被及时发现，也无法通过一定的技术手段进行修复；二是在一定的循环拉应力作用下，金属结构的单个层状撕裂将成为极其危险的裂纹源，很快会发生不断的扩展和聚合现象，致使金属构建在一个很短的时间内突然破坏。其中钢板的层状撕裂敏感性是影响层状撕裂现象发生的重要性能之一，特别是在厚板的金属结构中，为保证其安全性，钢板的层状撕裂敏感性应该是钢板选择的重要指标之一。

目前可供用于评价钢板的层状撕裂敏感性的方法较少，主要是采用Z向拉伸性能来进行评价，或者采用Z向窗型拘束试验方法来判断钢板的层状撕裂敏感性。但这2种方法均具有较大的局限性：Z向拉伸性能作为钢板的力学性能指标之一，只能作为间接评价钢板的层状撕裂敏感性，无法直接判断钢板制造或服役过程中是否有可能产生层状撕裂；而Z向窗型拘束试验方法作为一种直接试验方法，具有较好的工程再现性，但试验工作量较大，而且试件加工困难。可见，发明一种快速准确并且可以直接判断钢板层状撕裂敏感性的试验方法，来判断大型金属构件发生层状撕裂的可能性就显得尤为重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种钢板层状撕裂敏感性评定方法，可以直接快速准确有效地评价钢板的层状撕裂敏感性，以避免由于钢板发生层状撕裂现象而导致大型金属结构发生重大安全事故。

本发明解决以上技术问题的技术方案是：

一种钢板层状撕裂敏感性评定方法，按以下步骤进行：

㈠制作试验底板和焊接试板：

试验底板为长方体结构，焊接试板为带有坡口的长方体结构，试验底板和焊接试板的长度、宽度和厚度一致，试验底板和焊接试板的钢种一致；焊接试板的坡口按以下步骤加工：⑴在长方体结构的焊接试板底部的一端斜向上45度角切割下一个角形成第一坡口（即第一坡口角度为45︒）；⑵在第一坡口的顶部斜向下90度角向里切割5mm到8mm，（即坡口根部间隙为5mm-8mm），然后再斜向上30度角切割至顶端形成第二坡口（即第二坡口的角度为30︒）；

㈡将焊接试板位于第一坡口的斜面与试验底板的上表面的一端对齐对接进行组装，组装时试验底板和焊接试板间不留间隙，然后在试验底板和焊接试板连接的两端进行固定焊接，两端固定焊时在平焊位置施焊4s到8s，焊材选用与试验底板或焊接试板钢种抗拉强度相同或接近的电焊条或气保焊丝，热输入量为10～18kJ/cm，预热温度不低于试验底板或焊接试板钢种相关焊接性试验所确定的最低预热温度，焊脚尺寸为试验底板或焊接试板厚度的0.5～2倍且不小于20mm；

㈢试验底板和焊接试板焊接后冷却48小时，垂直于试件进行切割，取至少5个断面试片作为待检试片，测量各个待检试片的裂纹长度l和焊脚尺寸L，并按下式计算每个断面的裂纹率：

裂纹率=1/L×100（%）

然后计算将各个待检试片的断面裂纹率相加除以相应的个数得取断面裂纹率的平均值，最终以待检试片的断面裂纹率的平均值作为评价试验钢板层状撕裂敏感性的指标。

本发明进一步限定的技术方案是：

前述的钢板层状撕裂敏感性评定方法，步骤㈠中，所述试验底板和焊接试板的长度大于等于100mm小于等于500mm，宽度大于等于75mm小于等于150mm。

前述的钢板层状撕裂敏感性评定方法，步骤㈠中，试验底板和焊接试板均通过机械加工的方式进行制备，若采用火焰切割或等离子切割方式进行下料，则在机加工前、使用机加工方式去除切割边缘20mm范围内的母材。

前述的钢板层状撕裂敏感性评定方法，步骤㈡中，试验底板和焊接试板的焊接使用焊条电弧焊或CO₂气体保护焊。

前述的钢板层状撕裂敏感性评定方法，步骤㈡中，焊接试板焊接前清理试板坡口及边缘。

本发明钢板层状撕裂敏感性评定方法中各参数的选用范围及理由如下：

⑴试验底板和焊接试板长度：

本发明中，试板的长度对裂纹率有较大影响，试件越长，裂纹率越大；当试板长度小于100mm时，层状撕裂发生的可能性较小，无法评价钢板的层状撕裂敏感性；当试板长度大于500mm时，层状撕裂的现象较为严重而造成裂纹率普遍较大，无法区分各种试验钢板之间的层状撕裂敏感性差异；所以，本发明试验底板和焊接试板的长度范围为100mm到500mm，可以较好的评价钢板的层状撕裂敏感性。

⑵坡口根部间隙和焊脚尺寸：

坡口根部间隙和焊脚尺寸对裂纹率均有较大影响，坡口根部间隙和焊脚尺寸越大，裂纹率越大；与试验底板和焊接试板长度范围选择理由相似，坡口根部间隙范围为5mm到8mm之间，焊脚尺寸为试板厚度的0.5倍到2倍且不小于20mm时，可以较好的评价钢板的层状撕裂敏感性。

⑶试验焊缝的焊接工艺：

根据本发明的特点以及试验操作的方便性，使用焊条电弧焊或气保焊的方法对试验焊缝进行焊接；焊材按照“等强匹配”的原则进行选择，以符合生产要求；热输入量范围为10kJ/cm到18kJ/cm，不仅符合生产要求，同时该热输入范围也可以较好的评价钢板的层状撕裂敏感性；为避免焊接冷裂纹的产生，预热温度必须不低于试验钢种相关焊接性试验所确定的最低预热温度。

⑷断面层状撕裂情况观察与分析：

因为层状撕裂现象产生有可能发生延迟，试件焊接冷却48小时后则可以准确地观察断面裂纹情况并计算裂纹率。

本发明的优点是：⑴本发明可以快速、直接地判断钢板层状撕裂敏感性，为大型金属构件所用材料的选择提供重要依据；⑵本发明对试验设备要求较为简单，创造性地通过钢板断面的裂纹率来评价层状撕裂敏感性，评价方法通用、简单；⑶本发明具有较广的适用性，特别适用于厚度大于20mm、抗拉强度大于800MPa高强钢板层状撕裂敏感性评价；⑷本发明的钢板层状撕裂敏感性评定方法，可以直接快速有效地评价钢板的层状撕裂敏感性，以避免由于钢板发生层状撕裂现象而导致大型金属结构发生重大安全事故。

附图说明

图1是本发明的试验底板的结构示意图。

图2是本发明焊接试板的结构示意图。

图3是本发明待检试片的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

本实施例对40mm厚Q890钢板进行层状撕裂敏感性评定，包括以下步骤：

㈠制作试验底板和焊接试板：

试验底板1为长方体结构，如图1所示，焊接试板2为带有坡口的长方体结构，如图2所示，试验底板1和焊接试板2的长度和宽度一致，长度为180mm，试板宽度为120m；试验底板1和焊接试板2均为40mm厚Q890钢板；焊接试板2的坡口按以下步骤加工：⑴在长方体结构的焊接试板底部的一端斜向上45度角切割下一个角形成第一坡口（即第一坡口角度为45︒）；⑵在第一坡口的顶部斜向下90度角向里切割深度T为7mm，（即坡口根部间隙为7mm），然后再斜向上30度角切割至顶端形成第二坡口（即第二坡口的角度为30︒）；

㈡将焊接试板位于第一坡口的斜面与试验底板的上表面的一端对齐对接进行组装形成试件，如图3所示，组装时试验底板和焊接试板间不留间隙，然后在试验底板和焊接试板连接的两端进行固定焊接，两端固定焊时在平焊位置施焊5s；由于试验钢种的抗拉强度为520MPa，焊材选用E5016；预热温度不低于试验底板或焊接试板钢种相关焊接性试验所确定的最低预热温度，焊接工艺参数为焊接电流170A，焊接电压为24V，焊接速度为6mm/s；焊脚尺寸为25mm；

㈢试验底板和焊接试板焊接后冷却48小时，垂直于试件进行切割，取至少5个断面试片作为待检试片，如图3所示，测量各个待检试片的裂纹长度l和焊脚尺寸L，并按下式计算每个断面的裂纹率：

裂纹率=1/L×100（%）

然后计算将各个待检试片的断面裂纹率相加除以相应的个数得取断面裂纹率的平均值，最终以待检试片的断面裂纹率的平均值作为评价试验钢板层状撕裂敏感性的指标；经计算，本发明的断面裂纹率约为0%，断面裂纹率越小越好，则认为该试验钢板具有良好的层状撕裂敏感性。

实施例2

本实施例对10mm厚Q890钢板进行层状撕裂敏感性评定，包括以下步骤：

㈠制作试验底板和焊接试板：

试验底板1为长方体结构，如图1所示，焊接试板2为带有坡口的长方体结构，如图2所示，试验底板1和焊接试板2的长度和宽度一致，长度为100mm，试板宽度为75m；试验底板1和焊接试板2均为10mm厚Q890钢板；焊接试板2的坡口按以下步骤加工：⑴在长方体结构的焊接试板底部的一端斜向上45度角切割下一个角形成第一坡口（即第一坡口角度为45︒）；⑵在第一坡口的顶部斜向下90度角向里切割深度T为5mm，（即坡口根部间隙为5mm），然后再斜向上30度角切割至顶端形成第二坡口（即第二坡口的角度为30︒）；

㈡将焊接试板位于第一坡口的斜面与试验底板的上表面的一端对齐对接进行组装形成试件，如图3所示，组装时试验底板和焊接试板间不留间隙，然后在试验底板和焊接试板连接的两端进行固定焊接，两端固定焊时在平焊位置施焊4s；由于试验钢种的抗拉强度为520MPa，焊材选用E5016；预热温度不低于试验底板或焊接试板钢种相关焊接性试验所确定的最低预热温度，焊接工艺参数为焊接电流170A，焊接电压为24V，焊接速度为6mm/s；焊脚尺寸为22mm；

㈢试验底板和焊接试板焊接后冷却48小时，垂直于试件进行切割，取至少5个断面试片作为待检试片，如图3所示，测量各个待检试片的裂纹长度l和焊脚尺寸L，并按下式计算每个断面的裂纹率：

裂纹率=1/L×100（%）

然后计算将各个待检试片的断面裂纹率相加除以相应的个数得取断面裂纹率的平均值，最终以待检试片的断面裂纹率的平均值作为评价试验钢板层状撕裂敏感性的指标；经计算，本实用新型的断面裂纹率约为0.1%，则认为该试验钢板具有良好的层状撕裂敏感性。

实施例3

本实施例对60mm厚Q890钢板进行层状撕裂敏感性评定，包括以下步骤：

㈠制作试验底板和焊接试板：

试验底板1为长方体结构，如图1所示，焊接试板2为带有坡口的长方体结构，如图2所示，试验底板1和焊接试板2的长度和宽度一致，长度为500mm，试板宽度为150m；试验底板1和焊接试板2均为60mm厚Q890钢板；焊接试板2的坡口按以下步骤加工：⑴在长方体结构的焊接试板底部的一端斜向上45度角切割下一个角形成第一坡口（即第一坡口角度为45︒）；⑵在第一坡口的顶部斜向下90度角向里切割深度T为8mm，（即坡口根部间隙为8mm），然后再斜向上30度角切割至顶端形成第二坡口（即第二坡口的角度为30︒）；

㈡将焊接试板位于第一坡口的斜面与试验底板的上表面的一端对齐对接进行组装形成试件，如图3所示，组装时试验底板和焊接试板间不留间隙，然后在试验底板和焊接试板连接的两端进行固定焊接，两端固定焊时在平焊位置施焊8s；由于试验钢种的抗拉强度为520MPa，焊材选用E5016；预热温度不低于试验底板或焊接试板钢种相关焊接性试验所确定的最低预热温度，焊接工艺参数为焊接电流170A，焊接电压为24V，焊接速度为6mm/s；焊脚尺寸为28mm；

㈢试验底板和焊接试板焊接后冷却48小时，垂直于试件进行切割，取至少5个断面试片作为待检试片，如图3所示，测量各个待检试片的裂纹长度l和焊脚尺寸L，并按下式计算每个断面的裂纹率：

裂纹率=1/L×100（%）

然后计算将各个待检试片的断面裂纹率相加除以相应的个数得取断面裂纹率的平均值，最终以待检试片的断面裂纹率的平均值作为评价试验钢板层状撕裂敏感性的指标；经计算，本发明的断面裂纹率约为0.09%，则认为该试验钢板具有良好的层状撕裂敏感性。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种钢板层状撕裂敏感性评定方法，其特征在于：按以下步骤进行：

㈠制作试验底板和焊接试板：

所述试验底板为长方体结构，所述焊接试板为带有坡口的长方体结构，所述试验底板和焊接试板的长度、宽度和厚度一致，所述试验底板和焊接试板的钢种一致；

所述焊接试板的坡口按以下步骤加工：⑴在长方体结构的焊接试板底部的一端斜向上45度角切割下一个角形成第一坡口；⑵在第一坡口的顶部斜向下90度角向里切割5mm到8mm，然后再斜向上30度角切割至顶端形成第二坡口；

㈡将焊接试板位于第一坡口的斜面与试验底板的上表面的一端对齐对接进行组装，组装时试验底板和焊接试板间不留间隙，然后在试验底板和焊接试板连接的两端进行固定焊接，两端固定焊时在平焊位置施焊4s到8s，焊材选用与试验底板或焊接试板钢种抗拉强度相同或接近的电焊条或气保焊丝，热输入量为10～18kJ/cm，预热温度不低于试验底板或焊接试板钢种相关焊接性试验所确定的最低预热温度，焊脚尺寸为试验底板或焊接试板厚度的0.5～2倍且不小于20mm；

㈢试验底板和焊接试板焊接后冷却48小时，垂直于试件进行切割，取至少5个断面试片作为待检试片，测量各个待检试片的裂纹长度l和焊脚尺寸L，并按下式计算每个断面的裂纹率：

裂纹率=1/L×100（%）

然后将各个待检试片的断面裂纹率相加除以相应的个数得到断面裂纹率的平均值，最终以待检试片的断面裂纹率的平均值作为评价试验钢板层状撕裂敏感性的指标。

2.如权利要求1所述的钢板层状撕裂敏感性评定方法，其特征在于：所述步骤㈠中，所述试验底板和焊接试板的长度大于等于100mm小于等于500mm，宽度大于等于75mm小于等于150mm。

3.如权利要求1所述的钢板层状撕裂敏感性评定方法，其特征在于：所述步骤㈠中，试验底板和焊接试板均通过机械加工的方式进行制备，若采用火焰切割或等离子切割方式进行下料，则在机加工前、使用机加工方式去除切割边缘20mm范围内的母材。

4.如权利要求1所述的钢板层状撕裂敏感性评定方法，其特征在于：所述步骤㈡中，试验底板和焊接试板的焊接使用焊条电弧焊或CO₂气体保护焊。

5.如权利要求1所述的钢板层状撕裂敏感性评定方法，其特征在于：所述步骤㈡中，焊接试板焊接前清理试板坡口及边缘。