一種鋼板層狀撕裂敏感性評定方法
【專利摘要】本發(fā)明一種鋼板層狀撕裂敏感性評定方法，屬于材料工程領(lǐng)域，涉及到金屬材料的性能試驗方法，特別適用于評價高強鋼板的層狀撕裂敏感性，包括試件制備、試驗過程和層狀撕裂敏感性的評價。試驗方法的步驟為，先制作試驗底板和帶有坡口的焊接試板；然后按設(shè)定的焊接規(guī)范參數(shù)焊接試驗焊縫；焊完的試件經(jīng)48小時自然空冷后對試件進行斷面裂紋檢查。本發(fā)明能夠較好地再現(xiàn)鋼板的層狀撕裂現(xiàn)象，具有對鋼板層狀撕裂敏感性評價進行方便、試驗可靠和評定準確的優(yōu)點，具有較大的實用性和推廣應(yīng)用價值。
【專利說明】一種鋼板層狀撕裂敏感性評定方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料工程領(lǐng)域，涉及到金屬材料的性能試驗方法，具體的說是一種鋼板層狀撕裂敏感性評定方法。

【背景技術(shù)】
[0002]層狀撕裂是大厚度鋼板在受到垂直于板材表面方向應(yīng)力時，在鋼板內(nèi)部出現(xiàn)的一種沿鋼板軋制方向發(fā)展的具有階梯狀的裂紋。鋼結(jié)構(gòu)體系中應(yīng)力應(yīng)變狀況復(fù)雜，在焊接過程中常在鋼板的厚度承受較大的拉伸應(yīng)力，當(dāng)板厚方向作用拉應(yīng)力，特別是循環(huán)拉應(yīng)力作用時，在焊接熱影響區(qū)或焊縫附近母材產(chǎn)生層狀撕裂，常出現(xiàn)在T形接頭、角接頭和十字接頭中。這種層狀撕裂現(xiàn)象嚴重影響到構(gòu)件的安全，一是由于這種層狀撕裂現(xiàn)象很難被及時發(fā)現(xiàn)，也無法通過一定的技術(shù)手段進行修復(fù)；二是在一定的循環(huán)拉應(yīng)力作用下，金屬結(jié)構(gòu)的單個層狀撕裂將成為極其危險的裂紋源，很快會發(fā)生不斷的擴展和聚合現(xiàn)象，致使金屬構(gòu)建在一個很短的時間內(nèi)突然破壞。其中鋼板的層狀撕裂敏感性是影響層狀撕裂現(xiàn)象發(fā)生的重要性能之一，特別是在厚板的金屬結(jié)構(gòu)中，為保證其安全性，鋼板的層狀撕裂敏感性應(yīng)該是鋼板選擇的重要指標之一。
[0003]目前可供用于評價鋼板的層狀撕裂敏感性的方法較少，主要是采用Z向拉伸性能來進行評價，或者采用Z向窗型拘束試驗方法來判斷鋼板的層狀撕裂敏感性。但這2種方法均具有較大的局限性:Z向拉伸性能作為鋼板的力學(xué)性能指標之一，只能作為間接評價鋼板的層狀撕裂敏感性，無法直接判斷鋼板制造或服役過程中是否有可能產(chǎn)生層狀撕裂；而Z向窗型拘束試驗方法作為一種直接試驗方法，具有較好的工程再現(xiàn)性，但試驗工作量較大，而且試件加工困難?？梢姡l(fā)明一種快速準確并且可以直接判斷鋼板層狀撕裂敏感性的試驗方法，來判斷大型金屬構(gòu)件發(fā)生層狀撕裂的可能性就顯得尤為重要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種鋼板層狀撕裂敏感性評定方法，可以直接快速準確有效地評價鋼板的層狀撕裂敏感性，以避免由于鋼板發(fā)生層狀撕裂現(xiàn)象而導(dǎo)致大型金屬結(jié)構(gòu)發(fā)生重大安全事故。
[0005]本發(fā)明解決以上技術(shù)問題的技術(shù)方案是:
一種鋼板層狀撕裂敏感性評定方法，按以下步驟進行:
(-)制作試驗底板和焊接試板:
試驗底板為長方體結(jié)構(gòu)，焊接試板為帶有坡口的長方體結(jié)構(gòu)，試驗底板和焊接試板的長度、寬度和厚度一致，試驗底板和焊接試板的鋼種一致；焊接試板的坡口按以下步驟加工:⑴在長方體結(jié)構(gòu)的焊接試板底部的一端斜向上45度角切割下一個角形成第一坡口(即第一坡口角度為45 °);⑵在第一坡口的頂部斜向下90度角向里切割5mm到8mm，(即坡口根部間隙為5mm-8mm)，然后再斜向上30度角切割至頂端形成第二坡口(即第二坡口的角度為 30。)； (二)將焊接試板位于第一坡口的斜面與試驗底板的上表面的一端對齊對接進行組裝，組裝時試驗底板和焊接試板間不留間隙，然后在試驗底板和焊接試板連接的兩端進行固定焊接，兩端固定焊時在平焊位置施焊4s到8s，焊材選用與試驗底板或焊接試板鋼種抗拉強度相同或接近的電焊條或氣保焊絲，熱輸入量為10?18kJ/cm，預(yù)熱溫度不低于試驗底板或焊接試板鋼種相關(guān)焊接性試驗所確定的最低預(yù)熱溫度，焊腳尺寸為試驗底板或焊接試板厚度的0.5?2倍且不小于20_ ；
㈢試驗底板和焊接試板焊接后冷卻48小時，垂直于試件進行切割，取至少5個斷面試片作為待檢試片，測量各個待檢試片的裂紋長度I和焊腳尺寸L，并按下式計算每個斷面的裂紋率:
裂紋率=1/LX100 (%)
然后計算將各個待檢試片的斷面裂紋率相加除以相應(yīng)的個數(shù)得取斷面裂紋率的平均值，最終以待檢試片的斷面裂紋率的平均值作為評價試驗鋼板層狀撕裂敏感性的指標。
[0006]本發(fā)明進一步限定的技術(shù)方案是:
前述的鋼板層狀撕裂敏感性評定方法，步驟(-)中，所述試驗底板和焊接試板的長度大于等于10mm小于等于500mm，寬度大于等于75mm小于等于150mm。
[0007]前述的鋼板層狀撕裂敏感性評定方法，步驟(-)中，試驗底板和焊接試板均通過機械加工的方式進行制備，若采用火焰切割或等離子切割方式進行下料，則在機加工前、使用機加工方式去除切割邊緣20mm范圍內(nèi)的母材。
[0008]前述的鋼板層狀撕裂敏感性評定方法，步驟(二)中，試驗底板和焊接試板的焊接使用焊條電弧焊或CO2氣體保護焊。
[0009]前述的鋼板層狀撕裂敏感性評定方法，步驟(二)中，焊接試板焊接前清理試板坡口及邊緣。
[0010]本發(fā)明鋼板層狀撕裂敏感性評定方法中各參數(shù)的選用范圍及理由如下:
⑴試驗底板和焊接試板長度:
本發(fā)明中，試板的長度對裂紋率有較大影響，試件越長，裂紋率越大；當(dāng)試板長度小于10mm時，層狀撕裂發(fā)生的可能性較小，無法評價鋼板的層狀撕裂敏感性；當(dāng)試板長度大于500mm時，層狀撕裂的現(xiàn)象較為嚴重而造成裂紋率普遍較大，無法區(qū)分各種試驗鋼板之間的層狀撕裂敏感性差異；所以，本發(fā)明試驗底板和焊接試板的長度范圍為10mm到500mm，可以較好的評價鋼板的層狀撕裂敏感性。
[0011]⑵坡口根部間隙和焊腳尺寸:
坡口根部間隙和焊腳尺寸對裂紋率均有較大影響，坡口根部間隙和焊腳尺寸越大，裂紋率越大；與試驗底板和焊接試板長度范圍選擇理由相似，坡口根部間隙范圍為5mm到8mm之間，焊腳尺寸為試板厚度的0.5倍到2倍且不小于20mm時，可以較好的評價鋼板的層狀撕裂敏感性。
[0012]⑶試驗焊縫的焊接工藝:
根據(jù)本發(fā)明的特點以及試驗操作的方便性，使用焊條電弧焊或氣保焊的方法對試驗焊縫進行焊接；焊材按照“等強匹配”的原則進行選擇，以符合生產(chǎn)要求；熱輸入量范圍為lOkJ/cm到18kJ/cm，不僅符合生產(chǎn)要求，同時該熱輸入范圍也可以較好的評價鋼板的層狀撕裂敏感性；為避免焊接冷裂紋的產(chǎn)生，預(yù)熱溫度必須不低于試驗鋼種相關(guān)焊接性試驗所確定的最低預(yù)熱溫度。
[0013]⑷斷面層狀撕裂情況觀察與分析:
因為層狀撕裂現(xiàn)象產(chǎn)生有可能發(fā)生延遲，試件焊接冷卻48小時后則可以準確地觀察斷面裂紋情況并計算裂紋率。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點是:⑴本發(fā)明可以快速、直接地判斷鋼板層狀撕裂敏感性，為大型金屬構(gòu)件所用材料的選擇提供重要依據(jù)；(2)本發(fā)明對試驗設(shè)備要求較為簡單，創(chuàng)造性地通過鋼板斷面的裂紋率來評價層狀撕裂敏感性，評價方法通用、簡單；⑶本發(fā)明具有較廣的適用性，特別適用于厚度大于20mm、抗拉強度大于SOOMPa高強鋼板層狀撕裂敏感性評價；⑷本發(fā)明的鋼板層狀撕裂敏感性評定方法，可以直接快速有效地評價鋼板的層狀撕裂敏感性，以避免由于鋼板發(fā)生層狀撕裂現(xiàn)象而導(dǎo)致大型金屬結(jié)構(gòu)發(fā)生重大安全事故。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的試驗底板的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2是本發(fā)明焊接試板的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖3是本發(fā)明待檢試片的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0018]實施例1
本實施例對40mm厚Q890鋼板進行層狀撕裂敏感性評定，包括以下步驟:
(-)制作試驗底板和焊接試板:
試驗底板I為長方體結(jié)構(gòu)，如圖1所示，焊接試板2為帶有坡口的長方體結(jié)構(gòu)，如圖2所示，試驗底板I和焊接試板2的長度和寬度一致，長度為180mm，試板寬度為120m ;試驗底板I和焊接試板2均為40mm厚Q890鋼板；焊接試板2的坡口按以下步驟加工:(1)在長方體結(jié)構(gòu)的焊接試板底部的一端斜向上45度角切割下一個角形成第一坡口(即第一坡口角度為45 °);⑵在第一坡口的頂部斜向下90度角向里切割深度T為7mm，(即坡口根部間隙為7mm)，然后再斜向上30度角切割至頂端形成第二坡口(即第二坡口的角度為30 °);
(二)將焊接試板位于第一坡口的斜面與試驗底板的上表面的一端對齊對接進行組裝形成試件，如圖3所示，組裝時試驗底板和焊接試板間不留間隙，然后在試驗底板和焊接試板連接的兩端進行固定焊接，兩端固定焊時在平焊位置施焊5s ;由于試驗鋼種的抗拉強度為520MPa，焊材選用E5016 ;預(yù)熱溫度不低于試驗底板或焊接試板鋼種相關(guān)焊接性試驗所確定的最低預(yù)熱溫度，焊接工藝參數(shù)為焊接電流170A，焊接電壓為24V，焊接速度為6mm/s ;焊腳尺寸為25mm ；
㈢試驗底板和焊接試板焊接后冷卻48小時，垂直于試件進行切割，取至少5個斷面試片作為待檢試片，如圖3所示，測量各個待檢試片的裂紋長度I和焊腳尺寸L，并按下式計算每個斷面的裂紋率:
裂紋率=1/LX100 (%)
然后計算將各個待檢試片的斷面裂紋率相加除以相應(yīng)的個數(shù)得取斷面裂紋率的平均值，最終以待檢試片的斷面裂紋率的平均值作為評價試驗鋼板層狀撕裂敏感性的指標；經(jīng)計算，本發(fā)明的斷面裂紋率約為0%，斷面裂紋率越小越好，則認為該試驗鋼板具有良好的層狀撕裂敏感性。
[0019]實施例2
本實施例對1mm厚Q890鋼板進行層狀撕裂敏感性評定，包括以下步驟:
(-)制作試驗底板和焊接試板:
試驗底板I為長方體結(jié)構(gòu)，如圖1所示，焊接試板2為帶有坡口的長方體結(jié)構(gòu)，如圖2所示，試驗底板I和焊接試板2的長度和寬度一致，長度為100mm，試板寬度為75m ;試驗底板I和焊接試板2均為1mm厚Q890鋼板；焊接試板2的坡口按以下步驟加工:(1)在長方體結(jié)構(gòu)的焊接試板底部的一端斜向上45度角切割下一個角形成第一坡口(即第一坡口角度為45 °);⑵在第一坡口的頂部斜向下90度角向里切割深度T為5mm，(即坡口根部間隙為5mm)，然后再斜向上30度角切割至頂端形成第二坡口(即第二坡口的角度為30 °);
(二)將焊接試板位于第一坡口的斜面與試驗底板的上表面的一端對齊對接進行組裝形成試件，如圖3所示，組裝時試驗底板和焊接試板間不留間隙，然后在試驗底板和焊接試板連接的兩端進行固定焊接，兩端固定焊時在平焊位置施焊4s ;由于試驗鋼種的抗拉強度為520MPa，焊材選用E5016 ;預(yù)熱溫度不低于試驗底板或焊接試板鋼種相關(guān)焊接性試驗所確定的最低預(yù)熱溫度，焊接工藝參數(shù)為焊接電流170A，焊接電壓為24V，焊接速度為6mm/s ;焊腳尺寸為22_ ；
㈢試驗底板和焊接試板焊接后冷卻48小時，垂直于試件進行切割，取至少5個斷面試片作為待檢試片，如圖3所示，測量各個待檢試片的裂紋長度I和焊腳尺寸L，并按下式計算每個斷面的裂紋率:
裂紋率=1/LX100 (%)
然后計算將各個待檢試片的斷面裂紋率相加除以相應(yīng)的個數(shù)得取斷面裂紋率的平均值，最終以待檢試片的斷面裂紋率的平均值作為評價試驗鋼板層狀撕裂敏感性的指標；經(jīng)計算，本實用新型的斷面裂紋率約為0.1%，則認為該試驗鋼板具有良好的層狀撕裂敏感性。
[0020]實施例3
本實施例對60mm厚Q890鋼板進行層狀撕裂敏感性評定，包括以下步驟:
(-)制作試驗底板和焊接試板:
試驗底板I為長方體結(jié)構(gòu)，如圖1所示，焊接試板2為帶有坡口的長方體結(jié)構(gòu)，如圖2所示，試驗底板I和焊接試板2的長度和寬度一致，長度為500mm，試板寬度為150m ;試驗底板I和焊接試板2均為60mm厚Q890鋼板；焊接試板2的坡口按以下步驟加工:(1)在長方體結(jié)構(gòu)的焊接試板底部的一端斜向上45度角切割下一個角形成第一坡口(即第一坡口角度為45 °);⑵在第一坡口的頂部斜向下90度角向里切割深度T為8mm，(即坡口根部間隙為8mm)，然后再斜向上30度角切割至頂端形成第二坡口(即第二坡口的角度為30 °);
(二)將焊接試板位于第一坡口的斜面與試驗底板的上表面的一端對齊對接進行組裝形成試件，如圖3所示，組裝時試驗底板和焊接試板間不留間隙，然后在試驗底板和焊接試板連接的兩端進行固定焊接，兩端固定焊時在平焊位置施焊8s ;由于試驗鋼種的抗拉強度為520MPa，焊材選用E5016 ;預(yù)熱溫度不低于試驗底板或焊接試板鋼種相關(guān)焊接性試驗所確定的最低預(yù)熱溫度，焊接工藝參數(shù)為焊接電流170A，焊接電壓為24V，焊接速度為6mm/s ;焊腳尺寸為28mm ；
㈢試驗底板和焊接試板焊接后冷卻48小時，垂直于試件進行切割，取至少5個斷面試片作為待檢試片，如圖3所示，測量各個待檢試片的裂紋長度I和焊腳尺寸L，并按下式計算每個斷面的裂紋率:
裂紋率=1/LX100 (%)
然后計算將各個待檢試片的斷面裂紋率相加除以相應(yīng)的個數(shù)得取斷面裂紋率的平均值，最終以待檢試片的斷面裂紋率的平均值作為評價試驗鋼板層狀撕裂敏感性的指標；經(jīng)計算，本發(fā)明的斷面裂紋率約為0.09%，則認為該試驗鋼板具有良好的層狀撕裂敏感性。
[0021]除上述實施例外，本發(fā)明還可以有其他實施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種鋼板層狀撕裂敏感性評定方法，其特征在于:按以下步驟進行: (-)制作試驗底板和焊接試板: 所述試驗底板為長方體結(jié)構(gòu)，所述焊接試板為帶有坡口的長方體結(jié)構(gòu)，所述試驗底板和焊接試板的長度、寬度和厚度一致，所述試驗底板和焊接試板的鋼種一致； 所述焊接試板的坡口按以下步驟加工:⑴在長方體結(jié)構(gòu)的焊接試板底部的一端斜向上45度角切割下一個角形成第一坡口 ；⑵在第一坡口的頂部斜向下90度角向里切割5mm到8mm，，然后再斜向上30度角切割至頂端形成第二坡口 ； (二)將焊接試板位于第一坡口的斜面與試驗底板的上表面的一端對齊對接進行組裝，組裝時試驗底板和焊接試板間不留間隙，然后在試驗底板和焊接試板連接的兩端進行固定焊接，兩端固定焊時在平焊位置施焊4s到8s，焊材選用與試驗底板或焊接試板鋼種抗拉強度相同或接近的電焊條或氣保焊絲，熱輸入量為10?18kJ/cm，預(yù)熱溫度不低于試驗底板或焊接試板鋼種相關(guān)焊接性試驗所確定的最低預(yù)熱溫度，焊腳尺寸為試驗底板或焊接試板厚度的0.5?2倍且不小于20_ ； ㈢試驗底板和焊接試板焊接后冷卻48小時，垂直于試件進行切割，取至少5個斷面試片作為待檢試片，測量各個待檢試片的裂紋長度I和焊腳尺寸L，并按下式計算每個斷面的裂紋率: 裂紋率=1/LX100 (%) 然后計算將各個待檢試片的斷面裂紋率相加除以相應(yīng)的個數(shù)得取斷面裂紋率的平均值，最終以待檢試片的斷面裂紋率的平均值作為評價試驗鋼板層狀撕裂敏感性的指標。
2.如權(quán)利要求1所述的鋼板層狀撕裂敏感性評定方法，其特征在于:所述步驟(-)中，所述試驗底板和焊接試板的長度大于等于10mm小于等于500mm，寬度大于等于75mm小于等于 1 SOmnin
3.如權(quán)利要求1所述的鋼板層狀撕裂敏感性評定方法，其特征在于:所述步驟(-)中，試驗底板和焊接試板均通過機械加工的方式進行制備，若采用火焰切割或等離子切割方式進行下料，則在機加工前、使用機加工方式去除切割邊緣20mm范圍內(nèi)的母材。
4.如權(quán)利要求1所述的鋼板層狀撕裂敏感性評定方法，其特征在于:所述步驟(二)中，試驗底板和焊接試板的焊接使用焊條電弧焊或CO2氣體保護焊。
5.如權(quán)利要求1所述的鋼板層狀撕裂敏感性評定方法，其特征在于:所述步驟(二)中，焊接試板焊接前清理試板坡口及邊緣。
【文檔編號】G01N3/60GK104483223SQ201410650635
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月14日
【發(fā)明者】張?zhí)K強, 李麗, 吳年春, 尹雨群, 駱傳中 申請人:南京鋼鐵股份有限公司