耐磨板堆焊药芯焊丝焊接接头的强度匹配

时间：2020-01-05作者：清河县汉龙焊接材料有限公司浏览：245

耐磨板堆焊药芯焊丝焊接接头的强度匹配


       长期以来，焊接结构的传统设计原则基本上是强度设计。在实际的焊接结构中，焊缝与母材在强度上的配合关系有三种：焊缝强度等于母材（等强匹配），焊缝强度**出母材（**强匹配，也叫高强匹配）及焊缝强度低于母材（低强匹配）。从结构的安全可靠性考虑，一般都要求焊缝强度至少与母材强度相等，即所谓“等强”设计原则。但实际生产中，多数是按照熔敷金属强度来选择耐磨板堆焊药芯焊丝等焊接材料，而熔敷金属强度并非是实际的焊缝强度。熔敷金属不等同于焊缝金属，特别是低合金高强度钢用耐磨板堆焊药芯焊丝等焊接材料，其焊缝金属的强度往往比熔敷金属的强度高出许多。所以，就会出现名义“等强”而实际“**强”的结果。**强匹配是否一定安全可靠，认识上并不一致，并且有所质疑。为了达到保守的结构完整性目标，可采用在强度方面与母材相当的焊缝或比母材低的焊缝（即低强匹配）；根据日本学者佑藤邦彦等的研究结果，低强匹配也是可行的，并已在工程上得到应用。但张玉凤等人的研究指出，**强匹配应该是有利的。显然，涉及焊接结构安全可靠的有关焊缝强度匹配的设计原则，还缺乏充分的理论和实践的依据，未有统一的认识。为了确定焊接接头更合理的设计原则和为正确选用耐磨板堆焊药芯焊丝等焊接材料提供依据，清华大学陈伯蠡教授等人承接了国家自然科学基金研究项目“高强钢焊缝强韧性匹配理论研究”。课题的研究内容有：级低屈强比高强钢接头的断裂强度，级高屈强比高强钢接头的断裂强度，无缺口焊接接头的抗拉强度，深缺口试样缺口*的变形行为，焊接接头的试验等。大量试验结果表明：
       ①对于抗拉强度级的低屈强比高强钢，选用具备一定韧性而适当**强的耐磨板堆焊药芯焊丝等焊接材料是有利的。如果综合焊接工艺性和使用适应性等因素，选用具备一定韧性而实际“等强”的耐磨板堆焊药芯焊丝等焊接材料应更为合理。该类钢焊接接头的断裂强度和断裂行为取决于耐磨板堆焊药芯焊丝等焊接材料的强度和韧塑性的综合作用。因此，仅考虑强度而不考虑韧性进行的焊接结构设计，并不能可靠地保证其使用的安全性。
       ②对于抗拉强度级的高屈强比高强钢，其焊接接头的断裂性能不仅与焊缝的强度、韧性和塑性有关，而且受焊接接头的不均质性所制约，焊缝过分**强或过分低强均不理想，而接近等强匹配的接头具有较佳的断裂性能，按照实际等强原则设计焊接接头是合理的。因此，焊缝强度应有上限和下限的限定。
       ③母材的屈强比对焊接接头的断裂行为有重要的影响，母材屈强比低的抗脆断能力较母材屈强比高的接头抗脆断能力更好。这说明母材的塑性储备对接头的抗脆断性能亦有较大的影响。焊缝金属的变形行为受到焊缝与母材力学性能匹配情况的影响。
       ④在相同拉伸应力下，低屈强比钢的**强匹配接头的焊缝应变较大，高屈强比钢的低强匹配接头的焊缝应变较小。焊接接头的裂纹张开位移也呈现相同的趋势，即低屈强比钢的**强匹配接头具有裂纹*处易于屈服且裂纹*变形量更大的优势。
       ⑤焊接接头的抗脆断性能与接头力学性能的不均质性有很大关系，它不仅决定于焊缝的强度，而且受焊缝的韧性和塑性所制约。耐磨板堆焊药芯焊丝等焊接材料的选择不仅要保证焊缝具有适宜的强度，更要保证焊缝具有足够高的韧性和塑性，即要控制好焊缝的强韧性匹配。


       对于强度级别更高的钢种，要使焊缝金属与母材达到等强匹配则存在很大的技术难度，既使焊缝强度达到了等强，却使焊缝的塑性、韧性降低到了不可接受的程度；抗裂性能也是显着下降，为了防止出现焊接裂纹，施工条件要求较为严格，施工成本大大提高。为了避免这种只追求强度而损害结构整体性能，提高施工上的可靠性，不得不把强度降下来，采用低强匹配方案。采用低强匹配的耐磨板堆焊药芯焊丝等焊接材料后，焊缝的含碳量及碳当量都可以降低，这将使焊缝的塑韧性得到提高，抗裂性能得到改善，给焊接施工带来了方便，降低了施工方面的成本。








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