插銷(xiāo)試驗(yàn)(定量評(píng)價(jià)焊接冷裂紋敏感性)
插銷(xiāo)試驗(yàn)由法國(guó)焊接研究所的Henri Granjon 在20世紀(jì)60年代提出!安邃N(xiāo)”實(shí)際上就是一端帶有缺口的柱狀試樣,把試樣插入到試板中心上一個(gè)帶公差的配合孔中,帶有缺口的插銷(xiāo)試樣上表面和試板的上表面平齊。然后,在試驗(yàn)試板表面上堆敷一個(gè)試驗(yàn)焊道,并直接通過(guò)帶缺口的試樣和試樣孔,這樣就在圓柱形的試樣上形成一個(gè)焊接熱影響區(qū),并且缺口位于焊接熱影響區(qū)內(nèi)。由Granjon開(kāi)發(fā)的早期試樣只有一個(gè)缺口,該缺口用作應(yīng)力集中源,以促進(jìn)裂紋在焊接熱影響區(qū)中形成而不是在焊縫金屬中形成。焊接完成后,這套試板全部放在夾具上,并施加拉伸載荷,進(jìn)行一系列拉伸試驗(yàn),確定并記錄在不同拉伸應(yīng)力水平下的試樣斷裂時(shí)間。然后將施加的應(yīng)力和斷裂時(shí)間作為橫縱坐標(biāo),繪制成圖。在這個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系中,插銷(xiāo)試樣加載24h后,不發(fā)生斷裂的****應(yīng)力就確定為最低臨界應(yīng)力,最低臨界應(yīng)力是評(píng)價(jià)焊接熱影響區(qū)氫致裂紋敏感性的一個(gè)重要指標(biāo)。早期插銷(xiāo)試驗(yàn)的主要缺陷是時(shí)間與斷裂應(yīng)力數(shù)據(jù),具有明顯分散性,這是因?yàn)橛猛瑯硬牧虾屯瑯釉囼?yàn)條件進(jìn)行一系列試驗(yàn)時(shí),試樣的缺口不能可靠地位于熱影響區(qū)的相同位置中。為了解決這個(gè)問(wèn)題,Sawhill等提出了一個(gè)改進(jìn)型插銷(xiāo)試樣,該試樣使用螺旋形缺口替代單一的圓形缺口,這很容易做到,只要在試樣末端簡(jiǎn)單地機(jī)加工成標(biāo)準(zhǔn)螺紋即可。改進(jìn)后可以保證螺旋狀缺口橫穿全部熱影響區(qū)。為焊接后一個(gè)插銷(xiāo)試樣的橫截面。這樣,裂紋就會(huì)在最敏感熱影響區(qū)顯微組織中啟裂和擴(kuò)展,對(duì)裂紋最敏感的顯微組織通常在熱影響區(qū)粗晶區(qū)內(nèi)。
為了提供不同鋼種的對(duì)比結(jié)果,定義了一個(gè)用來(lái)評(píng)價(jià)氫致裂紋敏感性的脆化指數(shù)(I),其中NTS代表母材金屬的缺口拉伸應(yīng)力(Notch Tensile Stress),LCS是最低臨界應(yīng)力(Lower Critical Stress),當(dāng)脆化指數(shù)增大時(shí),氫致裂紋的敏感性也增加。有些學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了簡(jiǎn)化,用LCS與NTS的比值來(lái)表示熱影響區(qū)的氫致裂紋敏感性。使用LCS/NTS 比值評(píng)價(jià)管線鋼氫致裂紋敏感性。該研究工作由Signes 和Howe完成。盡管試驗(yàn)數(shù)據(jù)有些分散,但隨著碳當(dāng)量提高,氫致裂紋敏感性(更低的LCS/NTS比值)增大的總趨勢(shì)還是非常明顯的。Yue和Lippold對(duì)高強(qiáng)度海軍用鋼進(jìn)行了大量研究。具有最高的碳含量和碳當(dāng)量的HY-100鋼,也具有最小的最低臨界應(yīng)力,并且對(duì)氫致裂紋具有較高的敏感性。 總之,與評(píng)價(jià)高強(qiáng)度鋼焊接熱影響區(qū)氫致裂紋敏感性的其他試驗(yàn)方法相比,改進(jìn)后的插銷(xiāo)試驗(yàn)方法具有多種優(yōu)點(diǎn)。第一,插銷(xiāo)試驗(yàn)方法已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化,如美國(guó)焊接學(xué)會(huì)的B4.0標(biāo)準(zhǔn)和ISO 17642-3:2005(E) 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。試驗(yàn)方法的標(biāo)準(zhǔn)化,使得在不同實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行試驗(yàn)時(shí),增加了試驗(yàn)結(jié)果的可重復(fù)性。第二,能使用不同焊接方法和多種焊接材料進(jìn)行插銷(xiāo)試驗(yàn),也可用來(lái)研究預(yù)熱溫度對(duì)降低氫致裂紋的影響。
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