鄭—CTOD斷裂韌性試驗在低溫鋼焊接接頭的研究

鄭—CTOD斷裂韌性試驗在低溫鋼焊接接頭的研究

楊健陳真（南京三方化工設備監理有限公司，江蘇南京210036）

本文按照英國焊接研究所的實驗標準進行了低溫鋼焊接接頭的裂紋尖端位移的實驗，通過對實驗結果的分析與討論可得出低溫鋼焊接接頭的低溫韌性比較強，焊縫是低溫鋼焊接工藝中最薄弱部位，CTOD斷裂韌性實驗可精確評價低溫鋼焊接接頭的韌性。

CTOD;斷裂;韌性;低溫;焊接接頭

CTOD斷裂韌性試驗早已經在國際上被推廣[1]，本文實驗依據國際被推廣的實驗標準對鋼焊接接頭的韌性在低溫環境下進行CTOD斷裂韌性實驗，以此進行CTOD斷裂韌性試驗在低溫鋼焊接接頭中的研究。

1 實驗材料

低溫鋼材料是ASTM A333-2005 Gr.6，開60°V型預制裂紋，焊接位置為6G，焊接接頭材料是GTR-80Ni1，接頭直徑是2.4mm。

2 實驗程序

CTOD斷裂韌性試驗由300kN萬能試驗機完成，實驗程序遵循英國焊接研究所的實驗標準，由萬能試驗機自動采集實驗數據并記錄。

3 實驗步驟

第一步先用備好的游標卡尺測量每個試件的寬度W、厚度B和刀口厚度Z,測量精度需精確到毫米。第二步將實驗試件放進盛有干冰、酒精低溫介質的冷卻槽進行冷卻，當試件溫度降至0℃到-29℃后對試件進行保溫，并且每個試件的保溫時間不能低于20分鐘。需要注意的是冷卻槽里的低溫介質的液體面應覆蓋試件2-3mm厚，試件的溫度變化必須控制在4℃左右。第三步是對試樣進行加載直到試樣達到失穩破壞為止，記錄下試樣載荷的位移曲線P-V，這一步驟需要注意的是試樣加載必須是一次性加載，且加載速率最好控制在0.5 mm/min到1.0mm/ min之間。第四步是從冷卻槽中取出試樣烘干，然后用試驗機快速壓斷試樣，壓斷后沿試樣厚度方向取9個等距離測試點，用顯微鏡測量分別測量9個測試點的裂紋深度，裂紋深度的計算方式[2]為：

其中a是測試點的裂紋深度，ai是試樣第i點的裂紋深度。

第五步是根據試樣P-V曲線上的最大載荷值F(N)計算試樣最大載荷時的裂紋張開位移Vp，試樣CTOD的計算公式[3]如下：

其中CTOD通常用符號δ表示，E是彈性模量，取定值2.1X105MPa，v代表泊松比，S代表三點彎曲時的試樣跨度.

4 結果與討論

根據以上試樣幾何形狀尺寸計算公式和CTOD的計算公式可得0℃試樣斷裂韌性結果如表1，-29℃下的試樣斷裂韌度實驗結果如表2。

表1[4]:0℃試樣斷裂韌性結果

表2[4]：-29℃試樣斷裂韌性結果

由表1和表2可知低溫鋼焊接接頭的韌性在CTOD斷裂韌性試驗中的CTOD數值較大，且焊接接頭的斷口皆呈韌性斷裂，這說明低溫鋼焊接接頭的低溫韌性比較強，這種低溫鋼焊接工藝比較適合具有低溫鋼焊接施工的建筑工程。但是采用這種焊接工藝時需要注意的是低溫鋼焊接接頭工藝必須嚴格設計，嚴格控制工藝中的輸入焊接熱，否則會影響低溫鋼焊接工藝的韌性強度和焊縫的熔接平整密實度。從實驗總體上看實驗熱影響區的CTOD數值大多大于低溫鋼焊接頭焊縫的金屬區值，這表明低溫鋼其它地方的低溫韌性比焊接接頭的焊縫強，低溫鋼焊縫是低溫鋼焊接工藝中的薄弱部位。

[1]方總濤，孫勃.低溫鋼焊接接頭CTOD斷裂韌性實驗研究[J].石油工程建設，2011（11）：28-30.

[2]舒欣欣，孫紫麾，顧天寶，史曉建，韋生，白鯤.海洋鋼結構大尺寸焊接接頭CTOD斷裂韌性試驗與分析[J].焊接技術,2013 (6):23-26.

[3]方總濤，李春潤，牛虎理，胡艷華.雙焊炬自動焊焊接接頭CTOD斷裂韌性試驗研究[J].實驗與研究，2014（7）：8-12.

[4]廖小偉，王元清，周暉，石永久.鍋爐鋼結構大板梁構造焊接接頭的力學和斷裂韌性試驗[J].鐵道科學與工程學報,2016(9): 184-187.