CN102680331B - 适用于直线型缝焊缝的焊接接头剪切强度检验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种适用于直线型缝焊缝的焊接接头剪切强度检验方法，步骤如下：1）试片下料、2）试样焊接、3）焊缝质量检测、4）试样剪裁及试样尺寸测量、5）试样装夹、6）试样拉伸、7）计算剪切强度；具体是剪裁两件相同的平板试片，剪裁一件平板连接试片；试样焊接是将两个平板试片在同一水平面上在长度方向拼缝放置，将平板连接试片沿着等宽方向置于两个平板试片的拼缝上；在拼缝两侧、沿试片宽度方向将两个平板试片分别与平板连接试片焊接，形成两条与拼缝平行的焊缝；检测两条焊缝的质量合格后，将试样按照标准试样A的宽度沿试样长度方向剪裁，制得标准试样A，测量标准试样A宽度e，焊缝焊合宽度d；将标准试样A装夹到试验机上加载，至焊缝部位剪切断裂；记录最大力F_m；计算剪切强度。

Description

适用于直线型缝焊缝的焊接接头剪切强度检验方法

技术领域

本发明属于焊接接头强度检测方法领域，具体涉及一种适用于直线型缝焊缝的焊接接头剪切强度检验方法。

背景技术

焊缝的种类繁多，缝焊缝是其中的一类。缝焊缝是指两板之间的缝隙形成的焊缝，典型的缝焊缝是直线型的，可采用激光焊接、电子束焊接、电阻焊接等方法完成焊接。

焊缝强度是焊缝的一项重要指标，通常包括拉伸强度、剪切强度。GB2652-89《焊缝及熔敷金属拉伸试验方法》规定了金属材料焊缝及熔敷金属的拉伸试验方法，以测定其拉伸强度和塑性，但该标准适用于采用焊条或填充焊丝的熔化焊接。QJ1157-87《不锈钢薄板焊接接头拉伸试验方法》规定了适用于测定厚度0.15mm～0.1mm不锈钢薄板熔焊焊接接头的拉伸性能。GB/T2651-2008《焊接接头弯曲机压扁试验方法》规定了金属材料焊接接头的横向正弯及背弯试验、横向侧弯试验、纵向正弯及背弯试验、管材压扁试验方法，以检验接头拉伸面上的塑性及显示缺陷，适用于熔焊和压焊对接接头。GB/T16957-1997《复合钢板焊接接头力学性能试验方法》规定复合钢板焊接接头的拉伸、弯曲、冲击和硬度试验方法，适用于压力容器、核反应堆、储槽和舰船及其他用途的以刚才为基材，以不锈钢或有色金属为覆材，总厚度大于等于8mm的轧制、爆炸、堆焊、铸造、爆炸轧制、堆焊轧制及铸造轧制的单面和双面复合钢板焊接接头的力学性能试验。GB2651-2008《焊接接头拉伸试验方法》中规定了金属材料焊接接头横向拉伸试验和点焊接头的剪切试验方法以分别测定接头的抗拉强度和抗剪负荷，该标准适用于熔焊和压焊对接接头。

对于缝焊缝而言，焊缝强度主要以焊缝剪切强度指标来衡量，现有国内外的技术标准和公开的文献资料中尚未查询到该类焊缝的焊接接头剪切强度检测方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种操作简便、成本低廉、易于推广的适用于直线型缝焊缝的焊接接头剪切强度检验方法，解决现有技术问题，适用于直线型缝焊缝的剪切强度或剪切载荷检测。

本发明采用的技术方案，本发明的一种适用于直线型缝焊缝的焊接接头剪切强度检验方法，步骤包括：

1）试片下料：

剪裁两件相同材料、相同尺寸的第一平板试片和第二平板试片，剪裁一件平板连接试片；第一平板试片和第二平板试片的厚度均为t，t≥1.5d；平板连接试片的厚度j≥1.5d，d为焊缝焊合宽度；第一平板试片和第二平板试片的宽度h与平板连接试片的的宽度相等；平板连接试片的截面宽度W=2b+c，b为焊缝与平板连接试片两端之间的距离，c为两条焊缝的间距，b、c根据焊接工艺要求选取；

2）试样焊接：

将第一平板试片和第二平板试片在同一水平面上在长度方向拼缝放置，将平板连接试片沿着等宽方向置于第一平板试片与第二平板试片的拼缝上，平板连接试片的长度遮盖第一平板试片和第二平板试片各一半；采用激光焊接、电子束焊接、电阻焊接或其它设计的焊接方法在拼缝两侧、沿试片宽度方向将第一平板试片和第二平板试片分别与平板连接试片焊接，形成两条与拼缝平行的焊缝；

3）焊缝质量检测：

对试样的两条焊缝进行外观质量和内部质量检测，确保焊缝质量满足设计规定的要求；

4）试样剪裁及试样尺寸测量：

将试样按照标准试样A的宽度e沿试样长度方向对试样进行剪裁，制得标准试样A，测量各标准试样A的宽度，测量焊缝焊合宽度d；

5）试样装夹：

将标准试样A装夹到拉力试验机上，确保试验机的拉力作用线通过标准试样A的焊缝剪切面；

6）试样拉伸：

试验机加载，直至标准试样A在焊缝部位剪切断裂；断裂部位发生在缝焊缝部位，记录试验期间的最大力F_m；

7）计算剪切强度：

试样的剪切强度按公式（1）计算：

$\mathrm{\τ}=\frac{F_m}{d\×e}\·\·\·\left(1\right)$

式中：

τ——试样剪切强度，MPa；

F_m——试样断裂时的最大载荷，N；

d——焊缝结合面处的焊合宽度，mm；

e——标准试样宽度，mm。

所述的适步骤1）中第一平板试片和第二平板试片的厚度均为t＝（1.5～4）d。

所述的步骤1）中第一平板试片、第二平板试片、平板连接试片的宽度h＝（2～5）e＋k，e为标准试样宽度，k为余量，余量是焊接时起弧、收弧部分。

所述的步骤6）中拉伸时的应力速率v（（N/mm²）·s^-1）与材料弹性模量E相关，对于材料弹性模量E＜150Gpa时，应力速率需满足2≤v≤20，对于材料弹性模量E≥150Gpa时，应力速率需满足6≤v≤60。

所述的步骤5）将标准试样A装夹到试验机上，试验机的拉力作用线通过试样焊缝剪切面的作法是在第一平板试片和第二平板试片的夹持部位、在平板连接试片侧局部加垫片，垫片的厚度等于第一平板试片、第二平板试片的厚度。

所述的步骤1）中两条焊缝5的间距c＝10mm～20mm，两条焊缝中线距离平板连接试片3的两端b＝5mm～10mm。

本发明的优点：

本发明中的焊缝剪切面与试验机的拉力作用线一致，获取的剪切强度数据准确、有效、可信。本发明可直接获得检测试样的剪切承载能力，有利于设计人员快速评判焊接件的承载能力。本发明的试样制备简单，可一次制作多件试样。本发明所用的拉力试验机为质量检测部门普遍使用的设备、无需额外增加设备工装。本发明可以用来检测直线型缝焊缝的高温剪切强度、剪切载荷。本发明是一种操作简便、成本低廉、易于推广的焊接接头剪切强度检验方法。

本发明可不进行焊缝质量检测而直接测量焊接接头的剪切强度。本发明在试样拉伸步骤中获得的是焊缝剪切承载能力，在需要获取试样的焊缝剪切承载能力时，可不检测试样焊缝结合面处的焊合宽度。参照GB/T4338-2006《金属材料高温拉伸试验方法》，本发明可用来检测焊缝的高温剪切强度、剪切承载能力。

附图说明

图1为本发明的试样焊接示意图。

图2为图1的俯视图。

图3为图1的局部放大图。

图4为试样装夹示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1～图4所示，本发明一个实施例，检测对象是TA15钛合金板材与TA15铸件之间缝焊缝剪切强度，焊缝为激光焊接而成。

本发明的一种适用于直线型缝焊缝的焊接接头剪切强度检验方法，主要步骤包括：

1）试片下料：

剪裁两件相同材料、相同尺寸的第一平板试片1和第二平板试片2，剪裁一件平板连接试片3；第一平板试片1和第二平板试片2的厚度均为t≥1.5d，一般t＝1.5d～4d，平板连接试片3的厚度j≥1.5d，一般j＝1.5d～4d，d为焊缝焊合宽度；因为试片的厚度需要大于1.5倍的焊缝焊合宽度即可。平板连接试片的截面宽度c根据焊缝焊接需要确定。第一平板试片1和第二平板试片2的宽度h与平板连接试片3的宽度相等，厚度t为2.5mm的TA15钛合金板材。平板连接试片3为铸造的TA15平板，厚度为4mm，长度W为40mm。第一平板试片1、第二平板试片2和平板连接试片3的的宽度h均为110mm。L为第一平板试片1和第二平板试片2的长度，L＝100～120mm。

2）试样焊接：

将第一平板试片1和第二平板试片2在同一水平面上在长度方向拼缝放置，将平板连接试片3沿着等宽方向置于第一平板试片1与第二平板试片2的拼缝上，平板连接试片3的长度遮盖第一平板试片1和第二平板试片2各一半；采用激光焊接、电子束焊接、电阻焊接或其他焊接方法（其它设计的焊接方法）在拼缝两侧、沿试片宽度方向将第一平板试片1和第二平板试片2分别与平板连接试片3焊接，形成两条与拼缝平行的焊缝5；两条焊缝5的间距c＝10mm～20mm，两条焊缝中线距离平板连接试片3的两端b＝5mm～10mm。

3）焊缝质量检测：

对试样的两条焊缝进行无损检测，如超声波检测、射线检测，确保焊缝质量满足规定的要求；

4）试样剪裁及试样尺寸测量：

对焊接后的试样边缘进行剪裁，根据不同的焊接方式对试样进行剪裁，获得四个25mm左右宽度的标准试样，编号为A1、A2、A3、A4，测量标准试样宽度分别为25.04mm、25.06mm、24.96mm、24.98mm；

测量焊缝焊合宽度d：对各标准试样的焊缝横断面打磨，采用金相测定法测得焊缝的焊合宽度依次为1.24mm、1.23mm、1.24mm、1.25mm；

5）试样装夹：

采用万能材料试验机，试验机误差满足JJG139-83《拉力、压力和万能材料试验机检定规程》的1级试验机要求；

将标准试样A1装夹到试验机上，试验机的拉力作用线应通过A1试样的焊缝剪切面；将A1试样装夹到试验机上，为确保试验机的拉力作用线通过A1试样的焊缝剪切面，添加2.5mm垫片4，使得焊缝部位承受剪切力，如图4所示；

6）试样拉伸：

试验机加载，直至标准试样A在焊缝部位剪切断裂；断裂部位发生在缝焊缝部位，记录试验期间的最大力F_m；拉伸时的应力速率v为20（（N/mm²）·s^-1），直至试样A1在焊缝部位断裂,记录试样断裂时刻的载荷为17.32kN。

7）计算剪切强度：

试样的剪切强度按公式（1）计算：

$\mathrm{\τ}=\frac{F_m}{d\×e}\·\·\·\left(1\right)$

式中：

τ——试样剪切强度，MPa；

F_m——试样断裂时的最大载荷，N；

d——焊缝结合面处的焊合宽度，mm；

e——标准试样宽度，mm。

所述的步骤1）中第一平板试片1和第二平板试片2的厚度均为t＝（1.3～3）d。

所述的步骤1）中第一平板试片1、第二平板试片2、平板连接试片3的宽度h＝（2～5）e＋k，e为标准试样宽度，k为余量，余量是起弧、收弧部分，是需剪裁的部分。

所述的步骤6）中拉伸时的应力速率v（（N/mm²）·s^-1）与材料弹性模量E相关，对于材料弹性模量E＜150Gpa时，应力速率需满足2≤v≤20，对于材料弹性模量E≥150Gpa时，应力速率需满足6≤v≤60。

所述的步骤5）将标准试样A装夹到试验机上，试验机的拉力作用线通过试样A的焊缝剪切面的作法是在第一平板试片1和第二平板试片2的夹持部位、在平板连接试片3侧局部加垫片4，垫片4的厚度等于第一平板试片1和第二平板试片2的厚度t。

拉伸时的应力速率v为20（（N/mm²）·s^-1），直至试样A在焊缝部位断裂。记录试样断裂时刻的载荷为17.32kN。

将各标准试样依次完成步骤6）～7），获得各试样断裂时的最大载荷及焊缝剪切强度，具体如表1所示。

表1

序号	A1	A2	A3	A4
					试样宽度(mm)	25.04	25.06	24.96	24.98
焊合宽度(mm)	1.24	1.23	1.24	1.25
					最大载荷Fm[kN]	17.32	17.12	17.43	17.95
剪切强度	557.82	555.41	563.16	574.86

Claims (6)

1.一种适用于直线型缝焊缝的焊接接头剪切强度检验方法，步骤包括： 

1）试片下料： 

剪裁两件相同材料、相同尺寸的第一平板试片（1）和第二平板试片（2），剪裁一件平板连接试片（3）；第一平板试片（1）和第二平板试片（2）的厚度均为t，t≥1.5d；平板连接试片（3）的厚度j≥1.5d，d为焊缝焊合宽度；第一平板试片（1）和第二平板试片（2）的宽度h与平板连接试片（3）的宽度相等；平板连接试片（3）的长度W=2b+c，b为焊缝与平板连接试片（3）两端之间的距离，c为两条焊缝的间距，b、c根据焊接工艺要求选取； 

2）试样焊接： 

将第一平板试片（1）和第二平板试片（2）在同一水平面上在长度方向拼缝放置，将平板连接试片（3）沿着等宽方向置于第一平板试片（1）与第二平板试片（2）的拼缝上，平板连接试片（3）的长度遮盖第一平板试片（1）和第二平板试片（2）各一半；采用激光焊接、电子束焊接、电阻焊接或其它设计的焊接方法在拼缝两侧、沿试片宽度方向将第一平板试片（1）和第二平板试片（2）分别与平板连接试片（3）焊接，形成两条与拼缝平行的焊缝； 

3）焊缝质量检测： 

对试样的两条焊缝进行外观质量和内部质量检测，确保焊缝质量满足设计规定的要求； 

4）试样剪裁及试样尺寸测量： 

将试样按照标准试样A的宽度e沿试样长度方向对试样进行剪裁，制得标准试样A，测量各标准试样A的宽度，测量焊缝焊合宽度d； 

5）试样装夹： 

将标准试样A装夹到拉力试验机上，确保试验机的拉力作用线通过标准试样A的焊缝剪切面； 

6）试样拉伸： 

试验机加载，直至标准试样A在焊缝部位剪切断裂；断裂部位发生在缝焊 缝部位，记录试验期间的最大力F_m； 

7）计算剪切强度： 

试样的剪切强度按公式（1）计算： 

式中： 

τ——试样剪切强度，MPa； 

F_m——试样断裂时的最大载荷，N； 

d——焊缝结合面处的焊合宽度，mm； 

e——标准试样宽度，mm。 

2.根据权利要求1所述的适用于直线型缝焊缝的焊接接头剪切强度检验方法，其特征在于：步骤1）中第一平板试片（1）和第二平板试片（2）的厚度均为t＝（1.5～4）d。 

3.根据权利要求1或2所述的适用于直线型缝焊缝的焊接接头剪切强度检验方法，其特征在于：步骤1）中第一平板试片（1）、第二平板试片（2）、平板连接试片（3）的宽度h＝（2～5）e＋k，e为标准试样宽度，k为余量，余量是焊接时起弧、收弧部分。 

4.根据权利要求1或2所述的适用于直线型缝焊缝的焊接接头剪切强度检验方法，其特征在于：步骤6）中拉伸时的应力速率v（（N/mm²）·s^-1）与材料弹性模量E相关，对于材料弹性模量E＜150Gpa时，应力速率需满足2≤v≤20，对于材料弹性模量E≥150Gpa时，应力速率需满足6≤v≤60。 

5.根据权利要求1或2所述的适用于直线型缝焊缝的焊接接头剪切强度检验方法，其特征在于：步骤5）将标准试样A装夹到试验机上，试验机的拉力作用线通过试样焊缝剪切面的作法是在第一平板试片（1）和第二平板试片（2）的夹持部位、在平板连接试片（3）一侧局部加垫片（4），垫片（4）的厚度等于第一平板试片（1）、第二平板试片（2）的厚度t。 

6.根据权利要求1或2所述的适用于直线型缝焊缝的焊接接头剪切强度检验方法，其特征在于：步骤1）中两条焊缝（5）的间距c＝10mm～20mm，两条焊缝中线距离平板连接试片（3）的两端b＝5mm～10mm。 

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