力学性能检验通用规程.docx
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力学性能检验通用规程
力学性能检验通用规程
1.总则:
本规程规定了压力容器所用钢材复检、焊接、试板力学性能检验和式样制备的要求,适用于钢材复验试样、产品焊接试板、焊接工艺评定、试板的制作和试样的制取及检
2.引用标准:
本规程遵循下列标准,新标准公布实施后即以新标准为准。
GB/T228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》
GB/T229《金属夏比(V型缺口)冲击试验方法》
GB232《金属材料弯曲试验方法》
GB/T2975《钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备》
JB4726~4728《压力容器用钢锻件》
JB4744《钢制压力容器产品焊接试板的力学性能检验》
JB4708《钢制压力容器焊接工艺评定》
3.原材料试样:
3.1板材试样:
3.1.1样坯取样位置、方向及规格:
3.1.1.1钢板应在距边缘为板宽四分之一处切取样坯,见图1。
对于纵轧钢板,当产品标准没有规定取样方向时,应在钢板宽度1/4处切取横向样坯,如图2。
如钢板宽度不足,样坯中心可以内移。
切取的样坯应做好标记移植。
3.1.1.2样坯的尺寸要保证从中切取足够数量的试样。
具体尺寸参照表1。
压制方向拉力
W钢板
冲击冲击冲击压制
弯曲方向
W/4
图1图2
表1mm
板厚
整体样坯最小尺寸
长
宽
≤10
270
150
12
285
150
14
310
150
16
320
200
18
335
200
20
355
200
22
355
200
24
355
200
≥25
355
200
3.1.2试样和试样制备
3.1.2.1切取试样时,必须防止试样金属因受热、加工硬化与扭曲变形而改变其内部组织的机械性能。
用气割法切取试样时,从样坯切割线到制成试样边缘,必须留出足够的加工余量,一般不小于20mm。
3.1.2.2钢板厚度小于或等于25mm时,拉力试样应制成板材试样,并保留原轧制表面,试样形式及尺寸见图3,表2。
钢板厚度大于25mm时,可制成尽可能大的圆形试样,试样中心线尽可能接近板面。
此时应尽量使试样头圆弧表面吻合与钢板表面,即在头部应保留不太显著的氧化皮,见图4,表3,表4。
表2矩形横截面比例试样
(优先采用短试样,即k=5.65;长试样则k=11.3)mm
主要尺寸
一般尺寸
a
b
Lo=5.65
Lc
r
B
h
h1
Lt=Lc+2(h+h1)
≥25
30
155
195
≥12
本规程定r=12
40
100
10
415
24
30
150
190
40
100
10
410
23
30
150
190
40
90
10
390
22
30
145
185
40
90
10
385
21
30
140
180
40
80
10
360
20
30
140
175
40
80
10
355
19
30
135
170
40
80
10
350
18
30
130
165
40
80
10
345
17
30
130
165
40
80
10
345
16
30
125
155
40
80
10
335
15
30
120
150
40
70
10
310
14
30
115
145
40
70
10
305
13
30
110
140
40
70
10
300
12
30
105
135
40
60
10
275
11
30
100
130
40
60
10
270
10
30
100
130
40
60
10
270
9
30
95
120
40
50
10
240
8
30
90
115
40
50
10
235
7
30
80
100
40
50
10
220
6
30
75
100
40
50
10
220
5
30
70
90
40
50
10
210
4
20
50
70
30
40
10
170
3
20
45
60
30
40
10
160
注:
1、Lo标距的标记应准确到±1%。
Lc≥Lo+1.5
.
2、试样原始横截面积So的测定应在试样标距两端及中间三处测量宽度和厚度,取用三处测得的最小横截面积。
测量每个尺寸应准确到±0.5%。
3、仲裁试验时Lc=Lo+2
.
4、对于恒定横截面试样,可据测量的试样长度、试样质量和材料密度确定其原始横截面积。
这时试样质量的测定应准确到±0.5%,密度应至少取3位有效数字,则So=(m/ρLo)×1000,式中m和ρ分别是质量和密度。
表3试样横向尺寸公差mm
名称
标称横向尺寸
尺寸公差
形状公差
标距Lc长度内
机加工的圆形横截面直径
3
±0.05
0.02
>3~6
±0.06
0.03
>6~10
±0.07
0.04
>10~18
±0.09
0.04
>18~30
±0.10
0.05
四面机加工的矩形横截面试样横向尺寸
相同于圆形横截面试样直径的公差
相对两面机加工的矩形横截面试样横向尺寸
3
±0.1
0.05
>3~6
>6~10
±0.2
0.1
>10~18
>18~30
±0.5
0.2
>30~50
表4圆形横截面比例试样(k=5.65)mm
主要尺寸
一般尺寸
d
Lo
Lc
r
D
h
h1
Lt=Lc+2h+2h1
25
125
150
20
40
50
16
282
*20
100
120
15
35
50
12
244
15
75
90
15
30
50
12
214
*10
50
60
8
20
50
8
176
8
40
48
8
15
50
8
164
6
30
36
5
10
50
4
144
*5
25
30
5
10
50
4
138
3
15
18
5
8
50
4
126
注:
1、Lo标距的标记应准确到±1%。
2、试样原始横截面积So的测定应在试样标距两端及中间三处两个相互垂直的方向测量直径,取其算术平均值,取用三处测得的最小横截面积。
测量每个尺寸应准确到±0.5%。
3、仲裁试验时Lc=Lo+2d。
4、如相关产品标准无具体规定,则优先采用表中打*者。
3.1.2.3钢板厚度小于等于25mm时,弯曲试样的厚度应等于钢板的厚度,宽度等于厚度的2倍,但不得小于10mm。
钢板厚度大于25mm时,弯曲试样的厚度应加工成厚度25mm,宽为30mm,并保留一个表面层,见表5和图5,图6。
表5mm
板厚
试样板厚a
试样宽度b
试样长度L
30
25
30
300
28
25
30
290
26
25
30
280
24
24
30
270
22
22
30
260
20
20
30
250
18
18
30
240
16
16
30
230
14
14
30
220
12
12
25
210
10
10
20
200
3.1.2.4板状拉力,弯曲试样尖锐棱边应倒圆角,圆弧半径不得大于1mm,加工刀痕应平行与试样长度方向。
弯曲角度均为180°,弯心直径对不同牌号钢板要求不同,依据标准执行。
3.1.2.5钢板冲击试样,必须使其一个侧面接近钢板表面(距离不大于2mm)且刻槽中心线应垂直于轧制面。
冲击试样的形式,采用V型缺口的标准试样,由于材料厚度原因不能采用标准试样时,可按有关规定加工成相应的标准辅助小尺寸试样。
冲击试样形式和尺寸按图7,图8中的规定。
注:
(1)根据有关标准或双方协议,试样可以保留一个或两个轧制面痕迹,缺口轴线应垂直于轧制面。
(2)对于端面定位的试样,试样长度应为55±0.60mm,缺口中心线至端面距离应为27.5±0.42mm,端面应与试样侧面垂直。
3.2管材试样
3.2.1外径小于或等于30mm的管材,可截取整个管段制成拉力试样进行试验。
其试样长度根据GB/T228规定,按图9-2制取(如试验机条件允许或必要时外径大于30mm的管材,也可以整管试样进行试验)。
3.2.2外径大于或等于30mm的管材,可剖管切取拉力试样,按图9-1制取。
壁厚a小于8mm时拉力试样宽度b按外径D大小决定,见表6-1。
B的偏差及最大最小的差值均同于板状拉力试样。
拉力试样分为纵向弧形试样(图6-1)和管段试样(图6-2)两种,两者两头部轴线与标距部分轴线间的偏差不大于0.5mm。
对于壁厚大于或等于8mm的管材,可按图4,表3表4制成尽可能大的圆形试样。
表6-1纵向弧形试样(k=5.65)mm
D
b
a
r
Lo
Lc
30~50
10
管壁厚
≥12
(本规程定
r=15)
5.65
≥Lo+1.5
仲裁试验:
Lo+2
>50~70
15
>70
20
≤100
20
50
>100~200
25
>200
38
注:
1、不带头的试样,两夹头间的自由长度应使原始标距的标记与最接近的夹头间的距离≥1.5b。
2、So的测定同表2中的规定相似。
表6-2管段试样尺寸mm
Lo
Lc
5.65
≥Lo+D/2
仲裁试验:
Lo+2D
65
≥100
注:
Lo=5.65
当b/D<0.25时:
So=a·b[1+b²/6D(D-2a)]
当b/D<0.17时:
So=a·b
式中:
So—剖开管纵向条状试样原始横截面积,(mm)²
D――管材外径,mm
Lc=Lo+10~15mmr=25~40mmh1=15~20mmLt=2h+2h1+Lc
3.2.2压扁试样,应根据管材的有关技术条件截取整管制备试样。
3.3棒材试样
3.3.1棒材的拉力及冲击试样样坯可按照GB2975从成品钢材上切取。
3.3.2棒材拉力试样的制备应符合图4,表4的规定要求。
3.3.3棒材冲击试样的制备应符合图7的规定及有关图纸的要求。
3.4锻件试样
3.4.1锻件的拉伸,冲击试样样坯的制取应符合JB4726,JB4728的规定。
3.4.2锻件拉伸试样应符合图4,表4的规定。
3.4.3锻件冲击试样应符合图7的规定。
4产品焊接试板
4.1试板尺寸
试板尺寸为400mm×250mm。
4.2试板变形的要求
试板桡度f(图10)在200mm长度内不超过板厚的10%,且不得大于4mm。
对接接头平板错位b,(图11)不超过板厚的15%,且不得大于4mm。
4.3试样的切取
试板焊缝应进行外观检查和无损检测,然后在合格部位截取试样。
截取部位如图12。
试板两端应舍弃部分长度,手工焊不小于30mm,自动焊应不小于40mm。
如有引弧板可少舍弃或不舍弃。
试样切取一般采用机械切割法,也可直接从焊件上截取试样。
根据不同试验项目的相应要求,对试样进行加工,经检验合格后,打上合格钢印或其它永久性的标记。
4.4试样的类别和数量见表12
表12
类别
数量
拉伸
1
弯曲
δs≤20mm
面弯
1
背弯
1
δs≥20mm
侧弯
2
冲击
焊缝金属
3
热影响区
3
注:
1、试板厚度δs≤30mm时,应采用全板厚单个试样;当δs>30mm时,根据试验条件可采用全板厚的单个试样。
采用多片试样时,应将焊接接头全厚度的试验试样组成一组作为一个试样。
2、试板厚度δs为10~20mm时,可用一个背弯,一个面弯也可用两个侧弯代替面弯和背弯。
3、一般只进行焊缝金属的冲击试验,但对低温容器,还应增加焊接接头热影响区的冲击试验。
4.5拉伸试验
取样和加工要求:
a.试样的焊缝余高应以机械方法去除,使之与母材齐平。
试样厚度应等于或接近试件母材厚度T。
b.厚度小于或等于30mm的试件,采用全厚度试样进行试验。
c.当试验机受能力限制不能进行全厚度的拉伸试验时,则可将试件在厚度方向上均匀分层取样。
等分后制取试样厚度应接近试验机所能试验的最大厚度。
等分后的两片或多片试样试验代替一个全厚度试样的试验。
4.5.1拉伸试样尺寸如图13所示,试样宽度b≥25mm。
4.5.2试样的加工
拉伸试样上焊缝余高应采用机械方法去除,使之与母材齐平。
试样棱角应倒圆,圆角半径不得大于1mm。
4.5.3试验方法
拉伸试验按GB/T228的有关规定进行。
4.5.4合格指标
拉伸试样抗拉强度大于或等于下列规定之一:
a.产品图样的规定值;
b.钢材标准抗拉强度下限值;
c.对不同强度等级的钢材组成的焊接接头,则为来样各种钢材标准抗拉强度下限值中的较小者。
d.若采用多片试样,则将多片试样组成一组,并对每片进行检验,焊接试板全厚度焊接接头的拉伸试验结果为该组试样的平均值,其平均值应符合上述要求,同时该组单片试样的最低值,不得低于钢板标准抗拉强度下限值的95%(碳素钢)或97%(低合金钢和高合金钢)。
4.6弯曲试样
4.6.1试样尺寸
4.6.1.1横向弯曲试样尺寸按图14和表13规定。
4.6.1.2纵向弯曲试样按图15和表13规定。
但当焊缝较宽时,试样宽度可相应增大,最宽为40mm.
4.6.1.3侧向弯曲试样尺寸按图16的规定,试样宽度b=δs。
当试板厚度超过试验机压头的宽度(或支辊的长度),可沿板厚方向切成多片试样,并对每片试样做侧弯试验。
堆焊试板侧弯试样尺寸按图16(b)的规定,考核堆焊过渡层熔合状况的试样宽度b可取38mm。
表13试样尺寸与板厚
试样板厚a
试样长度L
试样宽度b
δs
6.5a+100
38
4.6.2试样加工
弯曲试样上焊缝余高或垫板应用机械方法去除,试样拉伸表面应齐平,且尽可能保留焊缝两侧中至少一侧的母材原始表面。
试样棱角应倒圆,圆角半径不得大于1mm。
4.6.3试验方法
a.弯曲试验按GB232的有关规定进行,弯轴中心应对准焊缝中心,弯曲试验参数按表14执行。
b.当焊接接头两侧的母材或母材与熔敷金属的强度相差较大或延伸率明显不同时,可用纵弯试样进行试验。
c.复合钢板和耐蚀堆焊的接头弯曲试样,取两个侧弯试样进行试验(图16<b>)。
4.6.4合格标准
弯曲试样按表14的要求冷弯到规定的角度后,其受拉面上沿任何方向不得有单条长度大于3mm的裂纹或缺陷。
试样的棱角开裂不计,但确因夹渣或其他焊接缺陷引起试样棱角
开裂的长度应计入。
表14
试样板厚mm
弯曲直径Dmm
支座间距离mm
弯曲角度
a
4a
6a+3
180°
4.6.5当采用多片试样时,将多片试样组成一组,并对每片试样进行试验,均满足4.6.4条的要求。
4.6.6对耐腐蚀堆焊层的焊道及熔合线,堆焊层不得有大于1.5mm的任意裂纹或缺陷,熔合线不得有大于3mm的任意裂纹或缺陷。
4.7冲击试样
4.7.1试样的形式和尺寸
冲击试样的形式和尺寸按图7、图8的规定。
4.7.2试样的截取和试样缺口的方位:
a.冲击试样应垂直于焊接方向截取。
试样上表面距试板表面约2mm。
试样缺口的轴线应垂直于试板表面。
b.焊接金属的冲击试样应在最后焊道的焊缝侧截取,缺口位于焊缝金属中央。
当钢材标准抗拉强度下限Rm≤540Mpa时,在最后焊道的焊缝侧以距钢板表面1-2mm为冲击试样的上表面,取一组焊缝金属的冲击试样如图17(a)中的I组。
当钢材标准抗拉强度下限Rm>540Mpa和Cr-Mo钢时,且试板厚度δs>60mm,以及设计温度低于-30°C,且δs>40mm的低温钢,取两组焊缝金属的冲击试样:
一组在最后焊道侧距钢板表面1-2mm处,一组在钢板另一侧表面和1/2板厚之间,即以另一侧1/4板厚处为冲击试样的纵轴切取,如图17(a)中的Ⅰ组和Ⅱ组。
c.根据技术条件或图样要求,可进行热影响区冲击试验,其缺口位置如图17(b)所示。
S为缺口的中心轴线至试样轴线与熔合线交点的距离,s>0,缺口应尽可能多的通过热影响区。
4.7.3试验方法
冲击试验按GB/T229的有关规定进行
4.7.4合格标准
常温(20±5℃)冲击功规定值按图样或有关技术文件的规定,但3个试样冲击功平均值不得小于27J(对于10×10×55试样)或14J(对于5×10×55试样)。
低温冲击在规定的试验温度下,对碳钢和低合金钢按钢材的抗拉强度下限值确定;对奥氏体不锈钢按试样的侧向膨胀量,均应符合表15的规定。
试验温度下3个试样冲击功平均值不得低于表15中规定值,其中一个试样的冲击功可小于规定值,但不小于规定值的70%。
表15低温夏比(V型缺口)冲击试验最低冲击功和侧向膨胀量
钢材抗拉强度
下限值Rm,MPa
3个试样冲击功的平均值Akv,J
试样的侧向膨胀量
10mm×10mm×55mm
10mm×5mm×55mm
≤450
18
9
>450-515
20
10
>515-650
27
14
奥氏体钢焊缝金属
0.38
4.8复验
4.8.1焊接试板的拉伸、弯曲性能试验如不合格,允许复验。
对不合格的项目取双倍试样进行复验,合格指标应分分别符合4.5.4条和4.6.4条的要求
4.8.2冲击试验结果如不满足4.7.4条的规定时,可再取一组(3个)试样进行试验。
合格指标为:
前后两组6个试样的冲击功平均值不得低于规定值,允许有两个试样小于规定值,但其中小于规定值70%的只允许有1个。
5.焊接工艺评定试板
5.1板材对接焊缝试板,外观质量合格后经射线检测,按JB/4730Ⅱ级合格。
试板尺寸为600mm×250mm,在试板上取样位置如图18所示。
图18板材对接试板取样位置
5.2管材对接焊缝试件尺寸为管径Do×长,即两段长125mm的管件对接组焊为Domm×250mm.在试件上取样位置如图19所示,外观经检验合格后进行射线检测,按JB/T4730评定Ⅱ合格。
b)不要求冲击试验时
C)要求冲击试验时
1-拉伸试样,2-面弯试样,3-背弯试样,4-侧弯试样,5-冲击试样,③⑥⑨
钟点记号,为水平固定位置焊接时的定位标记。
图19管材对接焊缝试件上试样位置图
5.3力学性能试验的试样类别和数量应符合表16的规定。
当T<1.5mm,只做拉力,面弯和背弯试验,试样各2个。
表16
试件母材的厚度Tmm
试样的类别和数量,个
拉力试验
弯曲试验
(2)
冲击试验(4)(5)
拉力试样
(1)
面弯试样
背弯试样
侧弯试样
焊缝区试样
热影响区试样(4)
1.5≤T<10
2
2
2
---
3
3
10≤T<20
2
2
2
(3)
3
3
T≥20
2
---
---
4
3
3
注:
⑴一根管接头全截面试样可以代替两个板型试样。
⑵当试件焊缝两侧的母材之间或焊缝金属和母材之间的弯曲性能有显著差别时,可改用纵向弯曲试验代替横向弯曲试验。
纵向弯曲时只取面弯和背弯试样各两个。
⑶可以用4个横向侧弯试样代替两个面弯和两个背弯试样。
⑷当焊缝两侧母材的钢号不同时,每侧热影响区都应取三个冲击试样。
⑸当无法制备5mm×10mm×55mm小尺寸冲击试样时,免做冲击试验。
5.4拉伸试验
5.4.1焊接工艺评定的拉伸试样应符合图20-23的规定。
试样加工要求同第4.5条规定。
管接头全截面试样(见图23)适用于外径小于或等于76mm的管材对接焊缝试件。
5.4.2试验方法
拉伸试验按GB/T228规定的试验方法测定的焊接接头的抗拉强度。
5.4.3合格指标
(a)试样母材为同种钢号时,每个试样的抗拉强度应不低于母材钢号标准规定值的下限值。
(b)试样母材为两种钢号时,每个试样的抗拉强度应不低于两种钢号标准规定值的下限值中的较低值。
(c)同一厚度方向上的两片或多片试样拉伸试验结果平均值应符合上述要求,且单片试样如果断在焊缝或熔合线意外的母材上,其最低值不得低于母材钢号标准规定值下限的95%(碳素钢)或97%(低合金钢和高合金钢)。
5.5弯曲试验
5.5.1试样加工要求
试样的焊缝余高应采用机械方法去除,面弯、背弯试样的拉伸表面应齐平。
5.5.2试样形式
a)面弯、背弯试样见图24。
当试件厚度T≤10mm时,试样厚度S与T相等或接近;T≥10mm时,S=10mm,从试样受压面加工去除多余厚度。
b)横向侧弯试样见图25。
当试件厚度T大于38mm时,允许沿试件厚度方向分层切成宽度为20—28mm等宽的两片或多片试样的试验代替一个全厚度侧弯试样的试验。
5.5.3试验方法
(a)弯曲试验按GB/T232和表17规定的试验方法测定焊接接头的完好性和塑性。
表17弯曲试验尺寸规定
试件厚度S,mm
弯心直径D,mm
支座间距离,mm
弯曲角度,(°)
<10
4S
D+(2S+3)=6S+3
180
10
40
63
(b)试样的焊缝中心应对准弯心轴线。
侧弯试验时,若试样表面存在缺陷,则以缺陷较严重一侧作为拉伸面。
(c)弯曲角度应以试样承受载荷时测量为准。
(d)对于伸长率δ标准或技术文件规定值之下限值小于20%的母材,若弯曲试验不合格而其实测值δ<20%。
则允许加大弯心直径重新进行试验,此时弯心直径等于S(200-δ)/(2δ)(δ为延伸率的规定值之下限值),支座间距离等于弯心直径加上(2S+3)mm。
此时δ为15%,则计算弯心直径公式中的δ为15,如此类推。
5.5.4合格指标
试样弯曲到规定的角度后,其拉伸面上沿任何方向不得有单条长度大于3mm的裂纹或缺陷,试样的棱角开裂一般不计,但由夹渣或其它焊接缺陷引起的棱角开裂长度应计入。
若采用两片或多片试样时,每片试样都应符合上述要求。
5.6冲击试验
5.6.1试样
a)试样取向:
试样纵轴应垂直于焊缝轴线。
缺口轴线垂直于母材表面。
b)取样位置:
在试件厚度上的取样位置见图26。
c)试样加工按图7、图8。
焊缝区试样的缺口轴线应位于焊缝中心线上。
热影响区的缺口轴线至试样轴线与熔合线交点的距离大于零,且应尽可能多的通过热影响区。
5.6.2试样形式、尺寸和试验方法应符合GB/T229的规定。
5.6.3合格指标
每个区3个试样为一组的常温的冲击吸收功平均值应符合图样或相关技术文件规定,且不得小于27J,至多允许有1个试样的冲击吸收功低于规定值,但不低于规定值的70%。
5.7角焊缝试件和试样的检验
5.7.1板材角焊缝试件尺寸见表18和图17。
表18板材角焊缝试件尺寸mm
翼板厚度T1
腹板厚度T2
≤3
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