艺二各两个。试样为230mm长、38.1mm宽，全厚度，并且长边缘必须磨成圆角，可通过机械的方法进行制样。焊缝内外表面平齐，工表面必须光滑，加工痕迹必须轻微并垂直于焊缝轴线。工艺方案三因为厚度较大采用侧弯，侧弯试样长约230mm，10mm宽，边缘应磨成圆角，焊缝内外表面余高应去除至与表面平齐。
背弯、面弯和侧弯试样必须在导向弯曲试验模具上弯曲，以试样的焊缝为中心放置于下模上。面弯试样以焊缝外表面朝向下模，背弯试样以焊缝内表面朝向下模，施给上模压力，将试样压入模内，弯曲角度为180゜。
弯曲试验的弯曲角度为180゜，弯曲角度应以试样承受载荷时测量为准。当试样弯轴弯曲到规定角度后，不得有长度大于3mm的裂纹在拉伸面的任意方向上，开裂出现在试样的菱角出可不计，但是因为夹渣或其他内部缺陷造成的棱角上裂纹长度应计入。弯曲试验时，试样上的焊缝中心应对准弯曲轴线，焊缝和热影响区应全部在试样受弯范围内。
2.8冲击性能检测
金属材料在冲击载荷作用下表现出来的抵抗破坏的能力是冲击韧性。指定温度下，材料在缺口和冲击载荷共同作用下的脆化趋势及程度是冲击吸收功，它对材料的内在质量非常敏感，在极短的时间内有很大幅度变化的载荷就是冲击载荷。一般说来，在冲击断口中纤维区、放射区以及剪切唇三个区域。首先在缺口附近形成裂纹出现纤维区，呈粗糙的纤维状。紧接着纤维区的第二个区域就是放射区、纤维区和放射区的交界线标志着裂纹由缓慢扩展向快速扩展的不稳定扩展转化。有放射花样特征的是放射区；裂纹扩展与放射方向相平行，垂直于裂纹前沿的轮廓线并逆指向裂纹源。断裂过程的最后阶段形成剪切唇，剪切唇沿无切口的其他三侧边分布。纤维区同放射区或剪切唇相连接的边界常呈弧形。
对于夏比V型缺口试样，因为在冲击杆或摆锤的冲击作用下，V缺口一侧受张应力，不开缺口的另一侧受压应力，在整个断面上受力方向不同，所以当受张应力的放射区进入受压区时可能消失而重新出现纤维区，在放射区两侧同时存在纤维区。若材料的塑性足够好，则放射区完全消失，整个截面上将只有纤维区和剪切唇两个区域。当裂纹进入压应力区时，压缩变形对裂纹的扩展起着阻滞作用，使扩展速度显著降低是断口上两次出现纤维区的主要原因。
第3章不同焊接工艺对环焊缝焊接头力学性能影响
3.1拉伸性能测试结果分析
采用IOOON液压单向脉动试验机测定。试验结果如表3.1所示。
表3.1拉伸试验结果
试样编号
取样区域
宽(mm)
SG-1s-1SG-1s-2ZD-1s-1ZD-1s-2QZB-1s-1QZB-1s-2
6:00-6:3012:00-12:306:00-6:3012:00-12:30
25.4025.4025.4025.2025.0625.02
厚(mm)7.507.527.547.8018.4018.40
面积(mm2)190.5191.0191.5196.6461.10460.37
抗拉载荷(KN)125.0132.0125.5130.7315.0316.0
抗拉强度(MPa)656.2691.1655.4664.8683.2686.4
焊缝焊缝焊缝焊缝焊缝焊缝断裂位置
注：SG-手工焊ZD-自保护药芯版自动焊QZB-全自保护药芯焊丝自动焊
由表3.1试验结果可知，钢管焊接接头的横向拉伸强度最小值是655.4MPa，最大值是691.1Mpa符合APISpec5L标准(62-MPa)。试样的断裂都出现在焊缝处，并且断口都发生了明显的塑性变形和断面收缩，属于韧性断裂。断口形貌有纤维区、剪切唇、剪切唇表面光滑、颜色灰暗与拉伸轴大致成45゜交角。在工艺一和工艺二的断口处还发现直径3mm左右，中心处有气孔或小的夹渣，外围有塑性裂断的痕迹，象鱼眼似的白点(如图3.1)。金属焊接中常见的缺陷就是气孔，当存在气孔的焊缝金属试样受到拉伸作用而发生塑性变形时，因为应力集中效应的影响，在孔洞周围形成一个相应的三维拉应力作用带，原子氢有向三维拉伸应力场扩散的趋势，导致焊缝金属中的氢原子向最大拉应力带定向扩散浓集，在带内形成氢脆断口，即鱼眼。可逆性氢脆的一种典型表现形式就是鱼眼，在低碳钢焊缝金属静载拉伸试验或冷弯试验时，在试样上有时可以看到这种氢脆现象。但在冲击载荷下却看不到，鱼眼对焊缝金属的影响主要是塑性指标大幅度下降、韧性降低。因为鱼眼是由拉伸应力或塑性变形诱发产生的一种缺陷。所以，为了防止鱼眼的形成消除氢脆性网，可以降低焊缝金属中的氢含量，比如减少氢的来源、提高加热温度，制定合理的焊接工艺规范或者通过100-250℃适当时间的去氢退火处理。
图3.1拉伸试样断口宏观图
3.2弯曲性能试验结果分析
弯曲试验结果如表3.2所示：
表3.2弯曲试样结果
试件编号SG-wq-1
取样区域1:00-1:30
弯曲类型背弯
检验记录
面裂4mm×1，面裂9mm×1
SG-wq-2
1:00-1:30
背弯
面裂5mm×1，面裂10mm×1
SG-wq-3SG-wq-4ZD-wq-1ZD-wq-2ZD-wq-3ZD-wq-4QZD-wq-1QZD-wq-2QZD-wq-3QZD-wq-4
4:00-4:304:00-4:307:30-8:007:30-8:0010:30-11:0010:30-11:00
面弯面弯背弯背弯面弯面弯侧弯侧弯侧弯侧弯
面裂2.8mm×1边裂6mm×1焊缝完全开裂焊缝完全开裂表面无缺陷表面无缺陷表面无缺陷表面无缺陷表面无缺陷表面一处2.7mm裂纹
注：SG-手工焊ZD-自保护药芯版自动焊QZB-全自保护药芯焊丝自动焊
弯曲直径为40mm，弯曲角度为180゜。
备注
弯心直径为4t，32mm、弯曲角度为180゜，t-板厚
工艺方案三的侧弯试验只有一个2.7mm裂纹，符合验收标准。而前两种方案焊缝面弯和背弯试验中，只有两个焊缝试样的面弯没有出现明显缺欠，而采用自保护药芯半自动焊的背弯试样焊缝完全开裂，且产生裂痕的都是背弯试样(见图3.2)。观察焊接接头的宏观形貌，发现并没有未熔合等缺陷，试件的面弯试验符合验收标准，但背弯试样都不合格，反映了焊缝根焊处塑性差，导致弯曲时开裂。半自动焊背弯试验完全开裂焊接工艺上的原因应该是根焊时焊条氢含量较高而焊前对焊条没有烘干处理，造成焊缝中的氢没有溢出产生鱼眼，大大降低了根焊的塑性使得试件在背弯试验中开裂。另外根焊时纤维素焊条线能量太小，有可能在焊接时产生一些淬硬组织而使根焊焊缝性能降低，母材为低合金高强钢，材料强度越高对氢脆的敏感性就越大。为了解决根焊手工焊性能差的问题应该对纤维素焊条在焊前烘干，使用18KJ/cm左右的的线能量，焊前预热，使焊缝中的氢含量降到最低，而且焊材的选用匹配低建议使用等强匹配或高匹配的焊条，这样才可以解决根焊性能差
的问题。
图3.2弯曲试样断裂宏观图
3.3冲击性能检测分析
工艺方案一、二夏比冲击试样按照SY/T0452-2002标准，分别在钢管切取，取样方向为横向，取样位置为钢管的3:00和9:00位置，取样12个冲击试样规格为非标准的5×10×55mm,缺口类型为2mmV型缺口，试样缺口位置分别开在钢管焊缝及热影响区。工艺方案三冲击试样规格为标准的10×10×55mm缺口类型为2mmV型缺口，试样缺口位置分别开在钢管焊缝及热影响区。试样纵轴应垂直于焊缝轴线，缺口轴线垂直于母材表面，焊缝区试样的缺口轴线应位于焊缝中心线上，热影响区试样的缺口轴线与试样轴线的交点应位于热影响区内。
试验结果如表3.3所示，冲击断口宏观形貌如图3.3示