高强度低合金结构钢焊缝与母材的强度匹配研究

８?试验与研究?焊接技术第３３卷第３期２００４年６月文章编号：１００２—０２５Ｘ（２００４）０３－０００８－０３

高强度低合金结构钢焊缝与母材的强度匹配研究

邵国良１，宗培１，陈爱志２，孙谦２

（１．海军工程大学，湖北武汉４３００３３；２．渤海船舶重工有限责任公司，辽宁葫芦岛１２５００４）

摘要：焊缝金属与母材的强度匹配系数是焊接接头力学性能非均匀参数之一，匹配方式不仅取决于焊缝金属和母材的名义强度，还取决于它们的分布形式和特征参数。试验和统计计算结果表明，１２Ｎｉ３ＣｒＭｏＶ钢和１０Ｎｉ５ＣｒＭｏＶ钢母材和焊缝金属的抗拉强度都服从正态分布。１２Ｎｉ３ＣｒＭｏＶ钢和其焊缝金属的强度匹配属于低强匹配，其低强、等强和赶强匹配的概率分别为５９．３３％，３７．０３％和３．“％，低强匹配特征明显。１０Ｎｉ５ＣｒＭｏＶ钢和其焊缝金属的强度匹配属于等强匹配，其低强、等强和超强匹配概率分别为４７％，４８％和５％，其等强匹

配概率分布比较明显。对应的两种钢的焊接接头，其超强匹配概率分别为３．６４％和５％，在结构、焊接材料、工艺设计中值得注意。由

于强度匹配系数的随机性。如何确定强度匹配系数、在什么范围内分则属于超强、等强、低强匹配，特别是等强匹配的界定方式应有

别于低强和超强匹配。都是有待研究的问题。

关键词：强度匹配；强度分布；数理统计；蒙特一卡洛方法

中图分类号：ＴＧ４０７文献标示码：Ａ

１前言

焊缝和母材的强度配合可用焊缝强度匹配系数｜ｓ＝（鳓／ｐｂ）“来表示【ｌ】。它是表征焊接接头力学性能非均匀性参数之一，焊缝强度（内。与母材强度（内。之比大于１，称为超强匹配，等于１称为等强匹配，小于１称为低强匹配。传统的观念及有关的规定大多主张等强匹配或超强匹配，认为焊缝的强度高一些更为安全。然而，从冶金因素、熔合比和力学上的拘束强化效果等方面考虑，焊接接头的强度和断裂行为不同于均匀材料，等强或低强匹配的焊接接头完全可以达到与母材等强的效果；从焊接接头的强度韧性组合、防止焊接冷裂纹的出现以及简化工艺过程角度考虑，等强或低强匹配的焊接接头明显优于超强匹配的焊接接头。但是，由于焊缝金属和母材的强度都在一定的范围内变化，具有一定的随机性，即使工艺设计时确定为某一强度匹配方式，在实际焊接生产过程中也存在与工艺设计相悖的情况，也就是说对于低强匹配或等强匹配的焊接接头，在实际工程中存在着等强匹配或超强匹配的可能性。如美国ＨＹ系列钢以及相应的焊接材料不论是在首件检验还是在工业应用中的例行检验，对钢材、焊缝的抗拉强度都只作记录，而没有明确的规定值陬３１。所以掌握了解母材和焊缝的强度分布形式和特征、焊接接头在不同强度匹配方式下的概率分布，特别是对于低强或等强匹配的焊缝出现超强匹配的概率对焊接材料的选用、焊接工艺的设计以及焊接冷裂纹的防治具有重要的实际意义。

为此对采用船焊６６专用焊条焊接１２Ｎｉ３ＣｒＭｏＶ钢以及采用Ｊ８４０专用焊条焊接１０Ｎｉ５ＣｒＭｏＶ钢焊态条件下，焊缝金属与母材金属的强度分布以及不同匹配方式的概率分布进行了探讨，其结果可供参考。

收稿日期：２００３—１２—２１；修回日期：２００４—０１—１５２焊缝金属与母材金属的强度分布

１２Ｎｉ３ＣｒＭ“钢和１０Ｎｉ５ＣｒＭｏＶ钢的抗拉强度分别为７４０ＭＰａ和９２０ＭＰａ，属于低合金高强度高韧性钢，其力学性能如表１所示。１２Ｎｉ３ＣｒＭｏＶ钢和１０Ｎｉ５ＣｒＭｏＶ钢的抗拉强度统计结果如图１和图２所示。船焊６６焊条和Ｊ８４０焊条焊缝金属抗拉强度统计结果如图３和图４所示。

圈３船焊砸焊缝金一抗拉强度直方圈爰正态概率圈

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