力学性能试验取样与检验要点：压力容器焊接材料及接头要求

力学性能试验取样和检验要点

《固定式压力容器安全技术监察规程》2.2.6有这样的要求。用于压力容器受压元件的焊接材料。要保证焊缝金属的力学性能。满足母材标准规定的下限值。冲击吸收能量要满足本规程表2-1的规定。当有需要时。其他性能也不能低于母材的相应要求。要确保焊缝金属力学性能符合母材标准规定下限值。首要的一点是。焊接材料熔敷金属力学性能要满足母材标准规定下限值。对于焊制压力容器，从其安全可靠服役考虑，要求焊接接头性能不低于母材。对接焊缝焊接工艺评定试件力学性能检验的合格指标基本都与母材对比。在取样位置和试验方法上，必须充分考虑这些因素，尽可能与母材保持一致。

焊接试件力学性能检验，实际上是对试件焊接接头性能进行检验。焊接接头包含焊缝区、熔合区和热影响区。在焊接接头里，热影响区最为复杂。它可控制调整的焊接工艺因素少。其性能往往最低。热影响区是焊接接头中的薄弱环节。它是焊接试件检验的重点部位。韧性指标属于焊接接头重要的力学性能指标。冲击韧性试验是较敏感的试验方法。借助测定焊接接头的冲击韧性。能够判定焊接工艺有无变化。所以既要着重强调焊缝区冲击韧性试验。还要开展热影响区冲击韧性试验。

压力容器设计标准普遍要求焊接接头性能不低于母材。母材力学性能检验按相关标准在规定部位取样。其试验结果有典型性、普遍性和公正性。所以对接焊缝焊接工艺评定试件力学性能取样位置也应尽量和母材一致。

在实际生产里 采用一种或多种焊接方法 或一种或多种焊接工艺 完成一条焊缝 这种情况并不少见 焊接工艺评定试件的力学性能检验 必须考虑到这种组合焊接情况 当用组合焊接完成焊接工艺评定试件时 试件中每一种焊接方法所形成的焊缝金属和热影响区 都应当得到拉伸试验 冲击试验和弯曲试验的检验 试件中每一种焊接工艺所形成的焊缝金属和热影响区 也都应当得到拉伸试验 冲击试验和弯曲试验的检验

对接焊缝焊接工艺评定试件力学性能试样取样位置，要保证焊接接头力学性能满足母材标准规定下限值。检验要点也是如此。取样位置应尽量与母材保持一致。

对接焊缝试件和试样的检验

1．试件检验项目

外观检查、无损检测、力学性能试验和弯曲试验。

2．检验要求

外观检查和无损检测结果不得有裂纹。

3．力学性能试验和弯曲试验

力学性能试验、弯曲试验的项目以及取样数量，除有其他规定的情况外，要符合NB/T47014标准表11的规定

当规定要进行冲击试验时，只对钢材以及含镁量超过3%的铝镁合金焊接接头开展夏比V型缺口冲击试验。对于铝镁合金焊接接头，仅取焊缝区的冲击试样。

当试件采用两种或两种以上焊接方法或焊接工艺时，拉伸试样的受拉面应包括每种焊接方法或焊接工艺的焊缝金属和热影响区。弯曲试样的受拉面同样应包括每种焊接方法或焊接工艺的焊缝金属和热影响区。当规定进行冲击试验时，每种焊接方法或焊接工艺的焊缝金属要经受冲击试验的检验。每种焊接方法或焊接工艺的热影响区也要经受冲击试验的检验。

弯曲试样的尺寸 根据相关标准或技术条件 确定允许公差

4．力学性能试验和弯曲试验的取样要求

取样时 一般采用冷加工方法 若采用热加工方法取样 则应去除热影响区

(2)允许避开焊接缺陷、缺欠制取试样。

(3)试样去除余高前允许对试样进行冷校平。

板状对接焊缝试件取样位置按NB/T 47014标准图2规定。管状对接焊缝试件取样位置按NB/T 47014标准图3规定。

5．拉伸试样取样和加工要求

(1)试样的焊缝余高应以机械方法去除，使之与母材齐平。

厚度小于30mm的试件 采用全厚度试样试验 厚度小于30mm的试件 采用全厚度试样试验 试样厚度应等于试件母材厚度T 试样厚度应接近试件母材厚度T

当试验机因能力受限无法进行全厚度拉伸试验时，可在试件厚度方向均匀分层取样。等分后制取的试样厚度应接近试验机所能试验的最大厚度。用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

拉伸试样的形式可查看NB/T 47014标准中的图4至图7。

6．拉伸试验和合格指标

当试样母材是同一金属材料代号时 每个（片）试样的抗拉强度 应不低于本标准规定的母材抗拉强度最低值 而非以前要求的不低于母材钢号标准规定值下限值

钢质母材规定了抗拉强度的最低值。这个最低值等同于其标准规定的抗拉强度下限值。

②铝质母材

母材的类别号是Al-1、Al-2、Al-5 。其规定了抗拉强度的最低值。这个最低值等于退火状态标准规定的抗拉强度下限值。

母材的类别是Al-3。对于这种母材，有规定的抗拉强度。其抗拉强度存在最低值。该最低值可在NB/T47014表12中查看。

钛质母材规定了抗拉强度的最低值。这个最低值等同于其退火状态标准规定的抗拉强度下限值。

铜质母材规定了抗拉强度的最低值。该最低值等于其退火状态下标准规定的抗拉强度下限值。还等于其他状态下标准规定的抗拉强度下限值。并且是这两个下限值中的较小值。

挤制铜材在标准里未给出退火状态下规定的抗拉强度下限值。此时能按原状态下标准规定的抗拉强度下限值的90%来确定。也可按试验研究结果确定。

镍质母材规定的抗拉强度最低值。它等于其退火状态（限Ni - 1类、Ni - 2类）的母材标准规定的抗拉强度下限值。还等于其固溶状态（限Ni - 3类、Ni - 4类、Ni - 5类）的母材标准规定的抗拉强度下限值。

试样母材是两种金属材料代号的情况。每个（片）试样的抗拉强度。应不低于本标准规定的。两种母材抗拉强度最低值里的较小值。

若规定使用室温抗拉强度比母材低的焊缝金属。那么每个（片）试样的抗拉强度。应不低于焊缝金属规定抗拉强度的最低值。

上述试样若断在焊缝或熔合线以外的母材上。其抗拉强度值不得低于本标准规定的母材抗拉强度最低值的95%。不再是以前要求的那样。以前要求单片试样最低值不得低于母材钢号标准规定值下限的95%（碳素钢）。或者不得低于母材钢号标准规定值下限的97%（低合金钢和高合金钢）

分层取样后 拉伸试样合格指标有变化 不再取平均值 而是每个（片）试样的抗拉强度 要满足一个条件 即不低于本标准规定的母材抗拉强度的最低值

热影响区的组织、成分、性能等与原始状态相比也发生了变化因此 熔合区和焊接热影响区内的材料 已非焊前材料 其抗拉强度合格指标 不能再用材料“标准规定值的下限值”衡量 而只能用NB/T47014规定的“本标准规定的母材抗拉强度最低值”衡量为简化起见，钢质母材的抗拉强度最低值，和钢材标准规定值的下限值是相等的。对于Al、Cu、Ni等有色金属母材，其抗拉强度最低值，是材料退火条件下的抗拉强度值。

7．弯曲试样

弯曲试样的形式可查看NB/T 47014标准中的图8。弯曲试样的形式还可查看NB/T 47014标准中的图9。

弯曲试样加工有要求。试样的焊缝余高要用机械方法去除。面弯、背弯试样的拉伸表面要加工得齐平。试样受拉伸表面不能有划痕和损伤。

8．弯曲试验和合格指标

焊接接头弯曲试验依照GB/T 2653以及NB/T 47014标准表13所规定的试验方法来测定。测定的内容是焊接接头的完好性。还要测定焊接接头的塑性。

弯曲试样的最大厚度情况如下。对于钢材、镍材以及部分铝材而言，其最大厚度是10mm。对于部分铝、铜材来说，其最大厚度为3mm。

弯曲试验结果和表面加工粗糙度相关。只有表面加工质量一样，试验结果才有可比性。除NB/T 47014标准表13序号1至4所列母材类别外。对于断后伸长率A标准规定值下限小于20%的母材。若按表13序号5规定的弯曲试验不合格。且其实测值小于20%。则允许加大弯心直径重新试验。此时弯心直径等于S(200 - A)/(2A)。其中A为断后伸长率的规定值下限乘以100。支座间距等于弯心直径加(2S + 3)mm

(3)弯曲角度应以试样承受载荷时测量为准。

横向试样弯曲试验时 焊缝金属要完全位于试样弯曲部分内 热影响区也要完全位于试样弯曲部分内 组合评定时 要进行侧弯试验

合格指标：对接焊缝试件的弯曲试样弯曲到规定角度。其拉伸面上的焊缝和热影响区内，沿任何方向，单条长度大于3mm的开口缺陷不得出现。试样的棱角开口缺陷一般不算。但由未熔合、夹渣或其他内部缺欠引起的棱角开口缺陷长度要计算在内。

若采用两片或多片试样时，每片试样都应符合上述要求。

9．冲击试验及合格指标

冲击试样取样位置参照NB/T 47014标准的图10。试样纵轴线要垂直于焊缝轴线。缺口轴线需垂直于母材表面。焊缝区试样的缺口轴线应处在焊缝中心线上。热影响区试样的缺口轴线到试样纵轴线与熔合线交点的距离k大于0。且应尽可能多地经过热影响区。

冲击试样的形式、尺寸以及试验方法依照GB/T 229的规定执行。若试件尺寸无法制备标准试样（宽度为10mm），那么应依次制备宽度为7.5mm的小尺寸冲击试样。若仍无法制备，再制备宽度为5mm的小尺寸冲击试样。

(3)冲击试验温度应不高于钢材标准规定的冲击试验温度。

钢质焊接接头每个区，一组有3个标准试样。其冲击吸收功平均值，要符合设计文件或相关技术文件规定。并且不应低于NB/T 47014表14中的规定值。至多允许一个试样的冲击吸收功低于规定值。但该试样冲击吸收功不得低于规定值的70%。

铝镁合金母材含镁量超过3%时，试验温度不应高于承压设备的最低设计金属温度。焊缝区冲击吸收功平均值，以3个标准试样为一组，应符合设计文件或相关技术文件规定。且该平均值不应小于20J，至多允许一个试样的冲击吸收功低于规定值，但此试样的冲击吸收功不得低于规定值的70%。

小尺寸冲击试样有宽度为7.5mm或5mm的两种。其冲击功指标方面，宽度7.5mm的小尺寸冲击试样冲击功指标是标准试样冲击功指标的75%。宽度5mm的小尺寸冲击试样冲击功指标是标准试样冲击功指标的50%。

(7)冲击温度试验

通常所说的冲击试验温度“常温”没有标准规定的范围，这种情况不规范。GB/T 229《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》提出了“室温冲击试验”概念。该标准规定，试验温度有规定时，应在规定温度±2℃范围内进行。若没有规定，室温冲击试验在23℃±5℃范围进行

NB/T 47014标准有要求。焊接工艺评定试件冲击试验温度不能高于钢材标准规定的温度。对于含镁量超过3%的铝镁合金。试验温度不能高于承压设备的最低设计金属温度。这不仅合理。而且操作性强。

对于母材是20R、16MnR或者Q245R、Q345R等钢材，钢材标准规定冲击试验温度为0℃。按照JB 4708 - 2000标准进行对接焊缝焊接工艺评定，以“常温”或“室温”进行冲击试验。当冲击吸收功满足NB/T47014标准规定的合格指标时，可不增焊冲击韧性试件进行焊接接头0℃冲击试验，原有焊接工艺评定仍然继续有效。适用温度范围大于或等于0℃。原因在于，此类钢材的焊接接头，在0℃时的冲击吸收功，与在0℃至35℃时的冲击吸收功相比，变化不大，不存在显著差异。

但要是设计文件提出焊接工艺评定需做小于0℃的冲击试验。或者用户有这样的要求。那么就应依照要求开展小于0℃的冲击试验。