压力容器用拉伸试样的制备对爆炸焊接金属复合板抗拉强度数据的影响研究

冯 健，王 健，曾 强，李小雷

（1.舞钢神州重工金属复合材料有限公司，河南 平顶山 462599；2.南京高雷复合材料有限公司，江苏 南京 210048）

压力容器用拉伸试样的制备对爆炸焊接金属复合板抗拉强度数据的影响研究

冯 健1,2，王 健2，曾 强1，李小雷2

（1.舞钢神州重工金属复合材料有限公司，河南 平顶山 462599；2.南京高雷复合材料有限公司，江苏 南京 210048）

在生产实践中，压力容器用爆炸焊接复合板的拉伸试样制备分别有圆形试样、去复材矩形试样、带复材矩形试样三种型式，而三种型式的拉伸试样经同一台拉伸机实验，出现差异很大的强度数据。由于不同公司执行的标准不一样，容易造成产品合格与否的争议，文章以三种类型的拉伸试样为基础，通过同一台拉伸机进行实验，归纳出三种不同拉伸试样的实验数据，加以分析，并对检验中使用的两种不同标准提出修正建议。

拉伸试样；抗拉强度；标准

拉伸试验是指在承受轴向拉伸载荷作用下测定材料特性的试验方法。利用拉伸试验得到的数据，可以确定材料的弹性极限、伸长率、弹性模量、比例极限、面积缩减量、拉伸强度、屈服点、屈服强度和其它拉伸性能指标。拉伸试验是金属材料最普遍最基本和最经典的一种试验方法，由拉伸试验所获得的材料强度和变形性能，无论对于设计或材料研究都具有很重要的价值。对于单一材质的金属，标准GB/T228详细规定了试验方法、定义、试样及尺寸测量以及测定结果数值修约等，为避免试验数据的误判误解提供了一个权威依据。

然而，随着近年来爆炸焊接双金属的迅速发展，爆炸焊接金属复合材料的拉伸试验数量增长迅猛。虽然针对复合钢板力学性能的标准GB/T6396及时出台，但由于各方对标准的理解不同，在试样制备上存在分歧，导致同一块金属复合板在拉伸试样制备和试验中出现不同结果的现象，引起很大的误解和争议。文章依据标准GB/T2975规定的取样和制备方法，分别制备出去除复材的圆形试样、去复材矩形试样以及带复材矩形试样，通过试验数据对比，寻找出实验数据的差异，以便为设计人员在设计压力容器时提供一些参考数据。

1 试样制备

试样截取自国内某公司用于压力容器的爆炸焊接金属复合板。复合板材质为S31603/Q345R，名义总厚度为38mm（4+34），试样截取位置在复合板宽度W1/4处，试样全厚度t如图1所示。

图1 爆炸焊接复合板取样位置

GB/T6369-2008规定，试样一般为矩形试样，当复合钢板总厚度T不大于40mm时，采用全厚度试样试验；对于特殊用途的复合钢板，可采用全部去除复材的矩形试样或圆形试样。由于标准未对特殊复合钢板加以界定，致使在复合钢板订货时未加规定，从而使试样的制备型式及实验数据存在异议。文章依据标准GB/T6369-2008规定，分别制备出标准要求的三种标准试样，以便加以分析对比。

圆形试样的制备加工选用标准编号为R2的比例试样，试样直径d0=20mm，原始标距L0=100mm；去复材矩形试样和带复材矩形试样的制备加工选用标准编号为P10的比例试样，去复材矩形试样的尺寸为24.7×32.5mm，带复材矩形试样的尺寸为24.8×37.1mm，由于试验针对的是材料的抗拉强度，所以两种矩形试样的原始标距均设定为L0=100mm。

2 试验与数据对比

拉伸试验机采用WAW-1000型，对三种试样分别进行拉伸试验，三种试样采用的应变速率均为10MPa/s，试验结果如表1所示。

表1 三种型式试样拉伸试验数据对比

3 分析与讨论

对于压力容器用钢板，国家标准规定厚度34mmQ345R钢板的屈服强度为ReL≥325MPa；拉伸强度Rm=500～630MPa。不锈钢S31603室温下的力学性能为Rp0.2≥180MPa；Rm=490MPa。压力容器设计人员在设计爆炸焊接金属复合板时，一般把复层金属计入强度计算，这样复合板的总厚度即为38mm，其拉伸强度分别为屈服强度ReL≥315MPa；拉伸强度Rm=490～620MPa。另外针对爆炸焊接复合钢板的标准NB/T47002.1-2009规定了爆炸焊接金属复合板拉伸试验计算方法如下。

根据式（1）和式（2），把已知的标准拉伸数据带入公式，可得出爆炸焊接复合板的拉伸性能的数据：Re≥=309MPa；Rm≥=498MPa。

压力容器用钢板和压力容器用爆炸焊接复合板两种材料的标准规定值对比如表2所示。

表2 厚度34mm压力容器用钢板和厚度38mm（4+34）压力容器用爆炸复合板标准值对比

从表2中标准规定的数据来看，不同厚度的钢板，两种标准中其屈服强度和抗拉强度的规定值是不同的。文章中三种试样实验数据如执行标准NB/T47002.1-2009和标准GB713-2014中厚度38mm(4+34)，则三种试样的实验结果都是合格的；但如执行GB713-2014标准中的基层板厚度34mm，则圆形试样的实验结果是不合格的。

从表1的实验数据来看，圆形试样和去复材试样的拉伸数据比较接近，屈服强度最大差值为73MPa，抗拉强度最大差值为30MPa。而带复材的屈服强度波动不大，差值只为34MPa，抗拉强度比较接近，但总的来说其抗拉强度比圆形试样和去复材试样高一些。这可能和爆炸焊接过程中复材受炸药爆轰强化有关。

对比表1和表2的数据可以看出，如依据国标GB713-2014规定的标准，只考虑复材的厚度，那么圆形试样的抗拉强度是不合格的；如把NB/T47002.1-2009作为验收的标准，或把复层也计入厚度，圆形试样的实验结果又是合格的。圆形试样测出的性能指标比板状试样要好的多，在可能的情况下尽量采用圆形试样。因此很多企业在复验爆炸焊接复合板时，一般采用圆试样进行拉伸实验，并只考虑基层的厚度。对爆炸焊接复合板来说，由于设计时，复层已经计入强度计算，而采用圆试样或去复材矩形试样，无法使用标准NB/T47002.1-2009所规定的公式，这样容易造成彼此之间的误会和争议。对设计爆炸焊接复合板的技术人员来说，上述两个标准的差异也应在设计中加以考虑，并明确规定以哪个标准作为爆炸焊接复合钢板的最终验收依据。

4 结论

综上所述，文章得出如下结论：①压力容器用爆炸焊接复合板的试样制备包括三种型式：带复层材料，圆形试样和去复层试样。三种试样型式所依据的标准以及实验数据是不同的；②圆形试样和去复层试样的拉伸性能数据比较接近，带复层试样的拉伸性能明显高于其它两种试样的拉伸性能；③设计人员在设计压力容器用爆炸焊接复合板时，应考虑两种标准数据的差异性。在设计时，如把复层计入强度，应明确规定使用带复层的矩形试样作为拉伸性能实验依据，并应明确规定复合钢板的厚度是否包括复材；④压力容器用爆炸焊接复合板标准NB/T47002.1-2009是基于爆炸焊接双金属复合板的迅猛发展而制定的，其中的拉伸试样结果要符合标准中的两个公式，但这两个公式的计算结果和压力容器用钢板标准GB713-2014的规定值是不相符的。因此应对这两个标准的统一性进行论证，以免因标准数据不同而引起的异议。

[1]钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备[S].GB/T2975-1998.

[2]复合钢板力学性能及工艺性能实验方法[S].GB/T6369-2008.

[3]金属材料拉伸试验第一部分：室温试验方法[S].GB/T228.1-2010.

[4]锅炉和压力容器用钢板[S].GB713-2014.

[5]承压设备用不锈钢钢板及钢带[S].GB24511-2009.

[6]压力容器用爆炸焊接复合板第一部分：不锈钢-钢复合板[S]. NB/T47002.1-2009.

[7]石国全.抛光工艺对某铝合金试样力学性能影响的实验研究[D].北方工业大学,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

冯健（1962-），男，河南平舆人,工程师，研究方向：金属材料性能。