國內(nèi)外金屬材料焊縫橫向拉伸試驗標(biāo)準(zhǔn)最新進(jìn)展及GB/T 2651—2008修改建議

金靜靜, 翟蓮娜, 王 濱

(1.上海材料研究所，上海200437；2.上海市工程材料應(yīng)用與評價重點實驗室，上海200437)

焊縫橫向拉伸試驗是評價金屬材料焊縫力學(xué)性能最常用、最有效的一種破壞性試驗方法，在焊接設(shè)計和選材、新材料研制、焊接工藝評定、失效分析等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用[1-3]。筆者對比介紹了國內(nèi)外此方面相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的最新進(jìn)展，分析了我國金屬材料焊縫橫向拉伸試驗現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2651—2008的不足，提出了相應(yīng)的修改建議。

1 國外金屬材料焊縫橫向拉伸試驗標(biāo)準(zhǔn)的最新進(jìn)展

國外標(biāo)準(zhǔn)中涉及金屬材料焊縫拉伸試驗的標(biāo)準(zhǔn)主要有ISO國際標(biāo)準(zhǔn)化組織標(biāo)準(zhǔn)、AWS美國焊接學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)、JIS日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、EN歐洲標(biāo)準(zhǔn)等，見表1。

1989年，ISO就發(fā)布了第一個焊縫橫向拉伸試驗標(biāo)準(zhǔn)ISO 4136:1989Fusion-weldedButtJointsinSteel—TransverseTensileTest，經(jīng)過2001年和2012年兩次修訂，最新標(biāo)準(zhǔn)為ISO 4136: 2012DestructiveTestsonWeldsinMetallicMaterial-TransverseTensileTest。2020年5月，ISO啟動了ISO 4136: 2012修訂工作，并已形成了ISO/DIS 4136。

1995年，歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會(CEN)在英國、德國等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上形成了EN 895:1995DestructiveTestsonWeldsinMetallicMaterials-TransverseTensileTest。2011年，按照ISO與CEN達(dá)成的《維也納協(xié)議》，即“盡一切可能確保國際標(biāo)準(zhǔn)和歐洲標(biāo)準(zhǔn)相一致”，EN 895:1995修訂為EN ISO 4136:2011，該標(biāo)準(zhǔn)等同采用ISO 4136:2001，目前最新標(biāo)準(zhǔn)即為EN ISO 4136:2012。

美國焊接學(xué)會(American Welding Society)最早于1942年發(fā)布了第一個焊縫力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)AWS B4.0—42，歷經(jīng)8次修訂，最新標(biāo)準(zhǔn)為AWS B4.0:2016，且已被采納為美國國家標(biāo)準(zhǔn)。

日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是日本國家級標(biāo)準(zhǔn)中最重要、最權(quán)威的標(biāo)準(zhǔn)，由日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)委員會(Japanese Industrial Standards Committee)制定。JIS標(biāo)準(zhǔn)中最早發(fā)布的金屬材料焊縫拉伸試驗標(biāo)準(zhǔn)為JIS Z 3121—1993，經(jīng)過修訂后目前現(xiàn)行版本是JIS Z 3121:2013。由于該版本標(biāo)準(zhǔn)是在修改采用ISO 4136:2012的基礎(chǔ)上制定的，因此標(biāo)準(zhǔn)正文內(nèi)容和結(jié)構(gòu)與其基本相同，少量差異也列在了附錄對照表里。

2 我國金屬材料焊縫橫向拉伸試驗標(biāo)準(zhǔn)的最新進(jìn)展

我國于1981年發(fā)布了第一個焊接接頭拉伸試驗方法國家標(biāo)準(zhǔn)，即GB 2651—1981《焊接接頭拉伸試驗方法》。1989年修訂為GB 2651—1989，該標(biāo)準(zhǔn)適用于熔化焊和壓焊對接接頭，包含適用范圍、引用標(biāo)準(zhǔn)、術(shù)語、樣坯截取、試樣及其制備、試驗與結(jié)果記錄等內(nèi)容。2008年，使用等同采用ISO 4136:2001的方式修訂為GB/T 2651—2008/ISO 4136:2001《焊接接頭拉伸試驗方法》。

3 GB/T 2651—2008存在問題及修改建議

3.1 標(biāo)準(zhǔn)亟待更新

GB/T 2651—2008現(xiàn)已發(fā)布10 a(年)，標(biāo)齡較長，內(nèi)容過時，而其采用的國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 4136:2001已于2012年修訂更新至ISO 4136:2012。與ISO 4136:2001相比，ISO 4136:2012主要對其引用標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了更新，且符號和標(biāo)注更加規(guī)范，其主要修改內(nèi)容見表2。

此外，按GB/T 1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則 第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》內(nèi)容，GB/T 2651—2008的前言、章節(jié)編排等內(nèi)容也已不符合GB/T 1.1—2020的要求，標(biāo)準(zhǔn)亟待更新。

3.2 部分內(nèi)容不準(zhǔn)確或前后不一致

(1) GB/T 2651—2008中表2注1“對于壓焊及高能束焊接頭而言(根據(jù)GB/T 5185—2005，其工藝方法代號為2，4，51和52)，焊縫寬度為零(Ls=0)”，查閱GB/T 5185—2005第4章，焊接工藝方法代號2為電阻焊，4為壓力焊，51電子束焊和52激光焊即為5高能束焊。而注1中只提到了壓焊和高能束焊，未提及電阻焊，前后內(nèi)容不一致。因此建議將表2注1修改為“對于電阻焊、壓焊及高能束焊接頭而言(根據(jù)GB/T 5185—2005，其工藝方法代號為2，4和5)，焊縫寬度為零(Ls=0)”。

另外，GB/T 2651—2008適用范圍為壓焊和熔化焊接頭，ISO 4136:2012適用范圍為所有熔化焊接頭，JIS Z 3121—2013適用范圍為所有形式的對接焊接(包括摩擦焊、摩擦攪拌焊、擴(kuò)散焊)接頭。而GB/T 2651—2008表2中引用了電阻焊、壓力焊及高能束焊，因此推斷GB/T 2651—2008和ISO 4136:2012的適用范圍有誤。考慮到JIS Z 3121—2013中適用范圍的描述較為合理，筆者建議GB/T 2651—2008的適用范圍也修改為所有形式的對接焊接接頭。

(2) GB/T 2651—2008的5.5.3.1節(jié)圖2 a)給出了板接頭試樣示意圖，主視圖和俯視圖中都標(biāo)出了平行部分長度Lc，見圖1。但對于板接頭試樣來說，平行長度部分和過渡半徑處是平緩過渡，沒有尺寸突變，在主視圖中不應(yīng)有Lc兩端的細(xì)實線，相應(yīng)的也不應(yīng)該有Lc的尺寸線。另外，5.5.3.1節(jié)圖2 a)俯視圖中給出了原始標(biāo)距L0，而在標(biāo)準(zhǔn)上下文中均未使用L0或?qū)ζ渥鞒鲆?guī)定，因此L0標(biāo)注也可以刪除。建議修改見圖2。

圖2 板接頭試樣示意圖修改建議Fig.2 Suggested modification of schematic diagram of the test specimen for plate joints

(3) GB/T 2651—2008的5.5.3.1節(jié)圖2 b)給出了管板狀接頭試樣示意圖，在側(cè)視圖中標(biāo)出了試樣厚度ts，其對應(yīng)的是主視圖中平行長度部分寬度位置，見圖3。而管接頭板狀試樣是從管接頭上截取的一段試樣，呈弧狀，不同位置的水平厚度并不一樣。因此圖3中標(biāo)注的ts并不是試樣厚度，且不易測量，正確的試樣厚度應(yīng)為管外徑和管內(nèi)徑之差，即試樣中心線所對應(yīng)的管壁厚。L0標(biāo)注同以上原因，可以刪除。建議修改見圖4。

圖3 管板狀接頭試樣示意圖Fig.3 Schematic diagram of the test specimen for pipe-plate joints

圖4 管板狀接頭試樣示意圖修改建議Fig.4 Suggested modification of schematic diagram of the test specimen for pipe-plate joints

(4) GB/T 2651—2008中5.5.3.3節(jié)規(guī)定，“當(dāng)需要機(jī)加工成圓柱形試樣時，試樣尺寸應(yīng)依據(jù)GB/T 228要求，只是平行長度Lc應(yīng)不小于Lc+60 mm，見圖4”，其中“Lc應(yīng)不小于Lc+60 mm”顯然不符合邏輯。對比表2板及管板狀試樣的尺寸，其中規(guī)定了平行長度Lc尺寸為大于等于Ls+60 mm。再查閱ISO 4136:2001和ISO 4136:2012中相應(yīng)內(nèi)容，均為“Lcshall be not less thanLs+60 mm”(Lc應(yīng)不小于Ls+60 mm)。因此該處應(yīng)修改為“平行長度Lc應(yīng)不小于Ls+60 mm”。

3.3 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的室溫試驗溫度不一致

GB/T 2651—2008中第3章對于試驗溫度的規(guī)定為“除非另有規(guī)定，試驗應(yīng)在環(huán)境溫度為(23±5) ℃條件下進(jìn)行”。GB/T 2651—2008引用了GB/T 228，而其最新版GB/T 228.1—2010中對溫度的規(guī)定為“除非另有規(guī)定，試驗一般在室溫(10～35) ℃范圍內(nèi)進(jìn)行；對溫度要求嚴(yán)格的試驗，試驗溫度應(yīng)為(23±5) ℃”。由此可見，GB/T 2651—2008對于溫度的要求更為嚴(yán)格，需要精確的溫控設(shè)備來確保試驗溫度，而GB/T 228.1—2010則對于不同情況分別規(guī)定，更具有針對性和可操作性。

對比國外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，ISO 4136:2012中對于溫度的規(guī)定為(23±5) ℃，ISO 6892-1:2016中的為10～35 ℃,嚴(yán)格時(23±5) ℃，ASTM E8/E8M—16a和AWS B4.0:2016中的為10～38 ℃，JIS Z 3121:2013和JIS Z 2241—2011中的為10～35 ℃,特別要求時(23±5) ℃?？梢姵薎SO 4136:2012，其他幾項標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的室溫溫度范圍更寬，且對于不同情況分別規(guī)定。

為了研究不同試驗溫度對金屬材料焊接接頭橫向拉伸試驗結(jié)果產(chǎn)生的影響，筆者曾選用Q355B鋼焊接接頭在10～35 ℃不同溫度下進(jìn)行橫向拉伸試驗[4]。試驗結(jié)果表明，即使選擇在溫度范圍的兩個極值溫度10 ℃和35 ℃下進(jìn)行拉伸試驗，Q355B鋼焊接接頭抗拉強(qiáng)度的相對值之差也僅為2.7%，小于ASTM E8/E8M—16a規(guī)定的相對再現(xiàn)性限。因此，從試驗成本、效率和準(zhǔn)確度各方面綜合考量，建議將GB/T 2651—2008中的室溫試驗溫度要求修改為“除非另有規(guī)定，室溫試驗應(yīng)在10～35 ℃條件下進(jìn)行；對溫度要求嚴(yán)格的試驗，試驗溫度應(yīng)為(23±5) ℃”。另外，筆者注意到，ISO/DIS 4136已在考慮修改試驗溫度的要求。

4 結(jié)束語

目前，ISO 4136:2001發(fā)布20 a(年)內(nèi)已經(jīng)歷了兩次修訂，而等同采用該標(biāo)準(zhǔn)修訂的GB/T 2651—2008也已使用了13 a，其適用范圍、試驗溫度要求等內(nèi)容相對過時，圖表中也存在一些錯誤，已嚴(yán)重影響相關(guān)領(lǐng)域試驗的正常開展。因此應(yīng)盡快按照GB/T 1.1—2020要求進(jìn)行GB/T 2651—2008的修訂工作，建議修改如下。

(1) GB/T 2651—2008中表2注1建議修改為“對于電阻焊、壓焊及高能束焊接頭而言(根據(jù)GB/T 5185—2005，其工藝方法代號為2，4和5)，焊縫寬度為零(Ls=0)”。建議GB/T 2651—2008的適用范圍修改為所有形式的對接焊接接頭。

(2) GB/T 2651—2008中5.5.3.1節(jié)圖2 a)建議刪除主視圖中平行長度兩端的細(xì)實線及Lc尺寸線，同時刪除俯視圖中L0尺寸線。

(3) GB/T 2651—2008中5.5.3.1節(jié)圖2 b)建議將側(cè)視圖中ts尺寸線移至試樣軸向中心線所對應(yīng)的管壁厚尺寸，同時刪除主視圖中L0尺寸線。

(4) GB/T 2651—2008中5.5.3.3節(jié)“平行長度Lc應(yīng)不小于Lc+60 mm”建議修改為“平行長度Lc應(yīng)不小于Ls+60 mm”。

(5) GB/T 2651—2008中第3章室溫試驗溫度的規(guī)定建議修改為“除非另有規(guī)定，室溫試驗應(yīng)在10～35 ℃條件下進(jìn)行；對溫度要求嚴(yán)格的試驗，試驗溫度應(yīng)為(23±5) ℃”。