102 焊接接头的力学性能(一)PPT课件

焊接接头的力学性能
焊接接头力学性能的测试及用其作为强度设计的依据 和进行安全评估比较复杂，主要原因是焊接接头形状不连 续性、焊接缺陷、焊接残余应力、焊接变形以及焊接接头 各区的组织结构和性能的不均匀性。
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图3-1给出 典型结构钢超强匹配（即焊缝强度高 于母材）的焊接接头各区的强度、塑性和韧性分 布的示意图。可见其各区性能有显著的不均匀性 。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。
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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。
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。
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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。
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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 区不能正火等热处理，否则一般都不 允许矫直。
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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 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。
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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。
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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 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。
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拉伸试验给出的材料塑性指标是屈服点伸 长率（δS)、最大应力下的非比例伸 长率（δg)、 最大应力下的总伸长率（δgt）、断后伸长率δ(图3-4 a)以及断面 收缩率（φ) 。 δS、δg、δgt属于均匀延伸变形，分别描述拉伸过程中不同阶段 的材料塑性形变能力。不同尺寸和断面拉伸试样测取的这些均匀塑性变形能 力是相等的。工程上最多采用的是断后伸长率δ,它 包括均匀延伸变形（即和 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。
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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 曲、硬度等试样取样的一般要点，详细的焊接接头取样方法请参考国标 GB/T2649《焊接接头机械性能试验取样方法》。由于试样常常是从焊接试板上 切取，因此焊接试板尺寸必须满足相应要求，表3-1给出了不同厚度试板的单 边宽度尺寸，试板长度则 应根据试样尺寸、数量、切割方法等统一考虑。 试 板两端不能利用的长度一般根据试板厚度考虑，但最小应不低于25mm。
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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。
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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。