云南焊工特種作業(yè)操作證培訓(xùn)：焊接接頭的強(qiáng)度匹配技能知識點(diǎn)
對于抗拉強(qiáng)度490MPa級的低屈強(qiáng)比高強(qiáng)鋼，選用具備一定韌性而適當(dāng)超強(qiáng)的焊接材料是有利的。如果綜合焊接工藝性和使用適應(yīng)性等因素，選用具備一定韌性而實(shí)際“等強(qiáng)”的焊接材料應(yīng)更為合理。該類鋼焊接接頭的斷裂強(qiáng)度和斷裂行為取決于焊接材料的強(qiáng)度和塑韌性的綜合作用。因此，僅考慮強(qiáng)度而不考慮韌性而進(jìn)行的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并不能可靠地保證其使用安全性。
對于抗拉強(qiáng)度690~780MPa級的高屈強(qiáng)比高強(qiáng)鋼，其焊接接頭的斷裂性能不僅與焊縫的強(qiáng)度、韌性和塑性有關(guān)，而且受焊接接頭的不均質(zhì)性所制約，焊縫過分超強(qiáng)或過分低強(qiáng)均不理想，而接近等強(qiáng)匹配的接頭具有最佳的斷裂性能，按實(shí)際等強(qiáng)原則設(shè)計(jì)焊接接頭是合理的。因此焊縫強(qiáng)度應(yīng)有上限和下限的限定。
抗拉強(qiáng)度匹配系數(shù)（Sr）即焊接材料的熔敷金屬抗拉強(qiáng)度與母材抗拉強(qiáng)度之比值，它可以反映接頭力學(xué)性能的不均質(zhì)性。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)Sr≧0.9時，可以認(rèn)為焊接接頭強(qiáng)度很接近母材強(qiáng)度。因此，生產(chǎn)實(shí)踐中采用比母材強(qiáng)度降低10%的焊接材料施焊，是可以保證接頭等強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求的。當(dāng)Sr≧0.86時，接頭強(qiáng)度可達(dá)母材強(qiáng)度的95%以上，這是因?yàn)閺?qiáng)度較高的母材對焊縫金屬產(chǎn)生拘束作用，使焊縫強(qiáng)度得到提高。
母材的屈強(qiáng)比對焊接接頭的斷裂行為有重要影響，母材屈強(qiáng)比低的接頭抗脆斷能力較母材屈強(qiáng)比高的接頭抗脆斷能力更好。這說明母材的塑性儲備對接頭的抗脆斷性能亦有較大的影響。
焊縫金屬的變形行為受到焊縫與母材力學(xué)性能匹配情況的影響。在相同拉伸應(yīng)力下，低屈強(qiáng)比鋼的超強(qiáng)匹配接頭的焊縫應(yīng)變較大，高屈強(qiáng)比鋼的低強(qiáng)匹配接頭的焊縫應(yīng)變較小，焊接接頭的裂紋張開位移（COD值）也呈現(xiàn)相同的趨勢，即低屈強(qiáng)比鋼的超強(qiáng)匹配接頭具有裂紋頂端處易于屈服且裂紋頂端變形量更大的優(yōu)勢。
焊接接頭的抗脆斷性能與接頭力學(xué)性能的不均質(zhì)性有很大關(guān)系，他不僅決定于焊縫的強(qiáng)度，而且受焊縫的韌性和塑性所制約。焊接材料的選擇不僅要保證焊縫具有適宜的強(qiáng)度，更要保證焊縫具有足夠高的韌性和塑性，即要控制好焊縫的強(qiáng)韌性匹配。
對于強(qiáng)度級別高的鋼種，要使焊縫金屬與母材達(dá)到等強(qiáng)匹配則存在很大的技術(shù)難度，既使焊縫強(qiáng)度達(dá)到了等強(qiáng)，卻使焊縫的塑性、韌性降低到了不可接受的程度；抗裂性能也顯著下降，為防止出現(xiàn)焊接裂紋，施工條件要求極為嚴(yán)格，施工成本大大提高。
為了避免這種只追求強(qiáng)度而損害結(jié)構(gòu)整體性能，提高施工上的經(jīng)濟(jì)可靠性，不得不把強(qiáng)度降下來，采用低強(qiáng)匹配方案。如日本的潛艇用鋼NS110,它的屈服強(qiáng)度大于或等于1098MPa，而與之配套的焊條和氣保焊絲的熔敷金屬屈服強(qiáng)度則要求大于或等于940MPa，其屈服強(qiáng)度匹配系數(shù)為0.85。采用低強(qiáng)匹配的焊接材料后，焊縫的含碳量及碳當(dāng)量都可以降低，這將使焊縫的塑韌性得到提高，抗裂性能得到改善，給焊接施工帶來了方便，降低了施工方面的成本。
另外，日本學(xué)者佐藤邦彥的一些試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，只要焊縫金屬的強(qiáng)度不低于母材強(qiáng)度的80%，仍可保證接頭與母材等強(qiáng)，但是低強(qiáng)焊縫的接頭整體伸長率要低一些。在疲勞載荷作用下，如不削除焊縫的余高，疲勞裂紋將產(chǎn)生在熔合區(qū)；但若削除焊縫的余高，疲勞裂紋將產(chǎn)生在低強(qiáng)度的焊縫之中。因此，關(guān)于低強(qiáng)焊縫的運(yùn)用，應(yīng)當(dāng)結(jié)合具體條件進(jìn)行一些試驗(yàn)工作為宜。
