郑—CTOD断裂韧性试验在低温钢焊接接头的研究

郑—CTOD断裂韧性试验在低温钢焊接接头的研究

杨健陈真（南京三方化工设备监理有限公司，江苏南京210036）

本文按照英国焊接研究所的实验标准进行了低温钢焊接接头的裂纹尖端位移的实验，通过对实验结果的分析与讨论可得出低温钢焊接接头的低温韧性比较强，焊缝是低温钢焊接工艺中最薄弱部位，CTOD断裂韧性实验可精确评价低温钢焊接接头的韧性。

CTOD;断裂;韧性;低温;焊接接头

CTOD断裂韧性试验早已经在国际上被推广[1]，本文实验依据国际被推广的实验标准对钢焊接接头的韧性在低温环境下进行CTOD断裂韧性实验，以此进行CTOD断裂韧性试验在低温钢焊接接头中的研究。

1 实验材料

低温钢材料是ASTM A333-2005 Gr.6，开60°V型预制裂纹，焊接位置为6G，焊接接头材料是GTR-80Ni1，接头直径是2.4mm。

2 实验程序

CTOD断裂韧性试验由300kN万能试验机完成，实验程序遵循英国焊接研究所的实验标准，由万能试验机自动采集实验数据并记录。

3 实验步骤

第一步先用备好的游标卡尺测量每个试件的宽度W、厚度B和刀口厚度Z,测量精度需精确到毫米。第二步将实验试件放进盛有干冰、酒精低温介质的冷却槽进行冷却，当试件温度降至0℃到-29℃后对试件进行保温，并且每个试件的保温时间不能低于20分钟。需要注意的是冷却槽里的低温介质的液体面应覆盖试件2-3mm厚，试件的温度变化必须控制在4℃左右。第三步是对试样进行加载直到试样达到失稳破坏为止，记录下试样载荷的位移曲线P-V，这一步骤需要注意的是试样加载必须是一次性加载，且加载速率最好控制在0.5 mm/min到1.0mm/ min之间。第四步是从冷却槽中取出试样烘干，然后用试验机快速压断试样，压断后沿试样厚度方向取9个等距离测试点，用显微镜测量分别测量9个测试点的裂纹深度，裂纹深度的计算方式[2]为：

其中a是测试点的裂纹深度，ai是试样第i点的裂纹深度。

第五步是根据试样P-V曲线上的最大载荷值F(N)计算试样最大载荷时的裂纹张开位移Vp，试样CTOD的计算公式[3]如下：

其中CTOD通常用符号δ表示，E是弹性模量，取定值2.1X105MPa，v代表泊松比，S代表三点弯曲时的试样跨度.

4 结果与讨论

根据以上试样几何形状尺寸计算公式和CTOD的计算公式可得0℃试样断裂韧性结果如表1，-29℃下的试样断裂韧度实验结果如表2。

表1[4]:0℃试样断裂韧性结果

表2[4]：-29℃试样断裂韧性结果

由表1和表2可知低温钢焊接接头的韧性在CTOD断裂韧性试验中的CTOD数值较大，且焊接接头的断口皆呈韧性断裂，这说明低温钢焊接接头的低温韧性比较强，这种低温钢焊接工艺比较适合具有低温钢焊接施工的建筑工程。但是采用这种焊接工艺时需要注意的是低温钢焊接接头工艺必须严格设计，严格控制工艺中的输入焊接热，否则会影响低温钢焊接工艺的韧性强度和焊缝的熔接平整密实度。从实验总体上看实验热影响区的CTOD数值大多大于低温钢焊接头焊缝的金属区值，这表明低温钢其它地方的低温韧性比焊接接头的焊缝强，低温钢焊缝是低温钢焊接工艺中的薄弱部位。

[1]方总涛，孙勃.低温钢焊接接头CTOD断裂韧性实验研究[J].石油工程建设，2011（11）：28-30.

[2]舒欣欣，孙紫麾，顾天宝，史晓建，韦生，白鲲.海洋钢结构大尺寸焊接接头CTOD断裂韧性试验与分析[J].焊接技术,2013 (6):23-26.

[3]方总涛，李春润，牛虎理，胡艳华.双焊炬自动焊焊接接头CTOD断裂韧性试验研究[J].实验与研究，2014（7）：8-12.

[4]廖小伟，王元清，周晖，石永久.锅炉钢结构大板梁构造焊接接头的力学和断裂韧性试验[J].铁道科学与工程学报,2016(9): 184-187.