壓力容器用拉伸試樣的制備對爆炸焊接金屬復合板抗拉強度數據的影響研究

馮 健，王 健，曾 強，李小雷

（1.舞鋼神州重工金屬復合材料有限公司，河南 平頂山 462599；2.南京高雷復合材料有限公司，江蘇 南京 210048）

壓力容器用拉伸試樣的制備對爆炸焊接金屬復合板抗拉強度數據的影響研究

馮 健1,2，王 健2，曾 強1，李小雷2

（1.舞鋼神州重工金屬復合材料有限公司，河南 平頂山 462599；2.南京高雷復合材料有限公司，江蘇 南京 210048）

在生產實踐中，壓力容器用爆炸焊接復合板的拉伸試樣制備分別有圓形試樣、去復材矩形試樣、帶復材矩形試樣三種型式，而三種型式的拉伸試樣經同一臺拉伸機實驗，出現差異很大的強度數據。由于不同公司執行的標準不一樣，容易造成產品合格與否的爭議，文章以三種類型的拉伸試樣為基礎，通過同一臺拉伸機進行實驗，歸納出三種不同拉伸試樣的實驗數據，加以分析，并對檢驗中使用的兩種不同標準提出修正建議。

拉伸試樣；抗拉強度；標準

拉伸試驗是指在承受軸向拉伸載荷作用下測定材料特性的試驗方法。利用拉伸試驗得到的數據，可以確定材料的彈性極限、伸長率、彈性模量、比例極限、面積縮減量、拉伸強度、屈服點、屈服強度和其它拉伸性能指標。拉伸試驗是金屬材料最普遍最基本和最經典的一種試驗方法，由拉伸試驗所獲得的材料強度和變形性能，無論對于設計或材料研究都具有很重要的價值。對于單一材質的金屬，標準GB/T228詳細規定了試驗方法、定義、試樣及尺寸測量以及測定結果數值修約等，為避免試驗數據的誤判誤解提供了一個權威依據。

然而，隨著近年來爆炸焊接雙金屬的迅速發展，爆炸焊接金屬復合材料的拉伸試驗數量增長迅猛。雖然針對復合鋼板力學性能的標準GB/T6396及時出臺，但由于各方對標準的理解不同，在試樣制備上存在分歧，導致同一塊金屬復合板在拉伸試樣制備和試驗中出現不同結果的現象，引起很大的誤解和爭議。文章依據標準GB/T2975規定的取樣和制備方法，分別制備出去除復材的圓形試樣、去復材矩形試樣以及帶復材矩形試樣，通過試驗數據對比，尋找出實驗數據的差異，以便為設計人員在設計壓力容器時提供一些參考數據。

1 試樣制備

試樣截取自國內某公司用于壓力容器的爆炸焊接金屬復合板。復合板材質為S31603/Q345R，名義總厚度為38mm（4+34），試樣截取位置在復合板寬度W1/4處，試樣全厚度t如圖1所示。

圖1 爆炸焊接復合板取樣位置

GB/T6369-2008規定，試樣一般為矩形試樣，當復合鋼板總厚度T不大于40mm時，采用全厚度試樣試驗；對于特殊用途的復合鋼板，可采用全部去除復材的矩形試樣或圓形試樣。由于標準未對特殊復合鋼板加以界定，致使在復合鋼板訂貨時未加規定，從而使試樣的制備型式及實驗數據存在異議。文章依據標準GB/T6369-2008規定，分別制備出標準要求的三種標準試樣，以便加以分析對比。

圓形試樣的制備加工選用標準編號為R2的比例試樣，試樣直徑d0=20mm，原始標距L0=100mm；去復材矩形試樣和帶復材矩形試樣的制備加工選用標準編號為P10的比例試樣，去復材矩形試樣的尺寸為24.7×32.5mm，帶復材矩形試樣的尺寸為24.8×37.1mm，由于試驗針對的是材料的抗拉強度，所以兩種矩形試樣的原始標距均設定為L0=100mm。

2 試驗與數據對比

拉伸試驗機采用WAW-1000型，對三種試樣分別進行拉伸試驗，三種試樣采用的應變速率均為10MPa/s，試驗結果如表1所示。

表1 三種型式試樣拉伸試驗數據對比

3 分析與討論

對于壓力容器用鋼板，國家標準規定厚度34mmQ345R鋼板的屈服強度為ReL≥325MPa；拉伸強度Rm=500～630MPa。不銹鋼S31603室溫下的力學性能為Rp0.2≥180MPa；Rm=490MPa。壓力容器設計人員在設計爆炸焊接金屬復合板時，一般把復層金屬計入強度計算，這樣復合板的總厚度即為38mm，其拉伸強度分別為屈服強度ReL≥315MPa；拉伸強度Rm=490～620MPa。另外針對爆炸焊接復合鋼板的標準NB/T47002.1-2009規定了爆炸焊接金屬復合板拉伸試驗計算方法如下。

根據式（1）和式（2），把已知的標準拉伸數據帶入公式，可得出爆炸焊接復合板的拉伸性能的數據：Re≥=309MPa；Rm≥=498MPa。

壓力容器用鋼板和壓力容器用爆炸焊接復合板兩種材料的標準規定值對比如表2所示。

表2 厚度34mm壓力容器用鋼板和厚度38mm（4+34）壓力容器用爆炸復合板標準值對比

從表2中標準規定的數據來看，不同厚度的鋼板，兩種標準中其屈服強度和抗拉強度的規定值是不同的。文章中三種試樣實驗數據如執行標準NB/T47002.1-2009和標準GB713-2014中厚度38mm(4+34)，則三種試樣的實驗結果都是合格的；但如執行GB713-2014標準中的基層板厚度34mm，則圓形試樣的實驗結果是不合格的。

從表1的實驗數據來看，圓形試樣和去復材試樣的拉伸數據比較接近，屈服強度最大差值為73MPa，抗拉強度最大差值為30MPa。而帶復材的屈服強度波動不大，差值只為34MPa，抗拉強度比較接近，但總的來說其抗拉強度比圓形試樣和去復材試樣高一些。這可能和爆炸焊接過程中復材受炸藥爆轟強化有關。

對比表1和表2的數據可以看出，如依據國標GB713-2014規定的標準，只考慮復材的厚度，那么圓形試樣的抗拉強度是不合格的；如把NB/T47002.1-2009作為驗收的標準，或把復層也計入厚度，圓形試樣的實驗結果又是合格的。圓形試樣測出的性能指標比板狀試樣要好的多，在可能的情況下盡量采用圓形試樣。因此很多企業在復驗爆炸焊接復合板時，一般采用圓試樣進行拉伸實驗，并只考慮基層的厚度。對爆炸焊接復合板來說，由于設計時，復層已經計入強度計算，而采用圓試樣或去復材矩形試樣，無法使用標準NB/T47002.1-2009所規定的公式，這樣容易造成彼此之間的誤會和爭議。對設計爆炸焊接復合板的技術人員來說，上述兩個標準的差異也應在設計中加以考慮，并明確規定以哪個標準作為爆炸焊接復合鋼板的最終驗收依據。

4 結論

綜上所述，文章得出如下結論：①壓力容器用爆炸焊接復合板的試樣制備包括三種型式：帶復層材料，圓形試樣和去復層試樣。三種試樣型式所依據的標準以及實驗數據是不同的；②圓形試樣和去復層試樣的拉伸性能數據比較接近，帶復層試樣的拉伸性能明顯高于其它兩種試樣的拉伸性能；③設計人員在設計壓力容器用爆炸焊接復合板時，應考慮兩種標準數據的差異性。在設計時，如把復層計入強度，應明確規定使用帶復層的矩形試樣作為拉伸性能實驗依據，并應明確規定復合鋼板的厚度是否包括復材；④壓力容器用爆炸焊接復合板標準NB/T47002.1-2009是基于爆炸焊接雙金屬復合板的迅猛發展而制定的，其中的拉伸試樣結果要符合標準中的兩個公式，但這兩個公式的計算結果和壓力容器用鋼板標準GB713-2014的規定值是不相符的。因此應對這兩個標準的統一性進行論證，以免因標準數據不同而引起的異議。

[1]鋼及鋼產品力學性能試驗取樣位置及試樣制備[S].GB/T2975-1998.

[2]復合鋼板力學性能及工藝性能實驗方法[S].GB/T6369-2008.

[3]金屬材料拉伸試驗第一部分：室溫試驗方法[S].GB/T228.1-2010.

[4]鍋爐和壓力容器用鋼板[S].GB713-2014.

[5]承壓設備用不銹鋼鋼板及鋼帶[S].GB24511-2009.

[6]壓力容器用爆炸焊接復合板第一部分：不銹鋼-鋼復合板[S]. NB/T47002.1-2009.

[7]石國全.拋光工藝對某鋁合金試樣力學性能影響的實驗研究[D].北方工業大學,2012.

The Study in Influence of theTensile Strength of Experimental Data on Pattern of Specimen of Explosive Welding Metal clad Used in Pressure Vessels

Feng Jian1,2,Wang Jian2,Zeng Qiang1,Li Xiaolei2
(1.Wugang Shenzhou Heavy Industry Clad Metal Materials Co.,Ltd. Henan Pingdingshan 462599;2.Nanjing Gaolei Composite Materials Co.,Ltd. Jiangsu Nanjing 210048)

There are usually preparation three types of tensile specimens in circular, no clad rectangular and rectangular with clad in the production practice to pressure vessel by explosive welding clad metal. The experimental data of the three types of tensile specimens by the same tensile machine appear significant variations.Because of different company carry on different standards, it was so easy to cause some disputes over the results of products qualified or not.In this paper, through the same tensile machine experiments and summing up the experimental data based on the three different types of tensile specimens, as well as to analyse the the experimental data and to put forward suggestions to the different standards in the products produce.

Tensile test specimen;Tensile strength;Standards

TG115.5+2

A

2096-2789（2016）12-0009-02

馮健（1962-），男，河南平輿人,工程師，研究方向：金屬材料性能。