液化裂紋敏感性評價試驗(yàn)方法綜述

彭言言 ，呂曉春 ，徐 鍇 ，安洪亮 ，侯永濤 ，2

1.哈爾濱焊接研究院有限公司，黑龍江 哈爾濱 150028

2.哈爾濱威爾焊接有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150060

0 前言

機(jī)械裝備失效的原因除少數(shù)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及選材不合理外，主要是產(chǎn)生了焊接缺陷。焊接缺陷包括氣孔、未熔合、熱裂紋、冷裂紋等，其中熱裂紋占很大比重。熱裂紋包括液化裂紋、結(jié)晶裂紋與高溫失塑裂紋［1］，液化裂紋尺寸較小卻容易成為冷裂紋、再熱裂紋、脆性破壞和疲勞斷裂的發(fā)源地［2］，在各領(lǐng)域都帶來了嚴(yán)重的危害。在航天航空領(lǐng)域，航天發(fā)動機(jī)片葉冠頂面易產(chǎn)生焊接熱影響區(qū)（HAZ）液化裂紋，造成飛行事故［3］；在日常生活中，電梯主驅(qū)動軸焊接熱影響區(qū)熔合線附近由低熔共晶產(chǎn)物引起的液化裂紋常導(dǎo)致電梯事故［4］，因此研究焊接結(jié)構(gòu)的液化裂紋是非常有必要的。

液化裂紋是在多層多道焊的前序焊道或熱影響區(qū)固態(tài)金屬內(nèi)部晶界附近，在加熱過程中出現(xiàn)化學(xué)元素低熔點(diǎn)組分偏析，或晶界存在低熔點(diǎn)共晶相并且此處晶界優(yōu)先熔化，在冷卻過程中，液態(tài)薄膜不足以支撐收縮應(yīng)力的作用從而被拉開而產(chǎn)生的裂紋［5］。液化裂紋均為沿晶開裂，裂紋尖端較為圓鈍，且尺寸很小，長度一般都在0.5 mm以下，個別可達(dá)1 mm左右［6-7］。影響裂紋開裂的主要因素是熱與力，當(dāng)二者同時達(dá)到開裂所需的臨界值時則發(fā)生開裂。根據(jù)試驗(yàn)力的來源熱裂紋試驗(yàn)分為自拘束試驗(yàn)（Self Restraint tests）和外載荷試驗(yàn)（Externally Loaded tests）兩大類。自拘束試驗(yàn)是通過拘束試件在焊接過程使用剛性固定來產(chǎn)生變形應(yīng)力，外載荷試驗(yàn)是通過特定試驗(yàn)設(shè)備施加外部試驗(yàn)力而使試樣產(chǎn)生應(yīng)變［8］。

總而言之，由于合金元素的偏析、低熔點(diǎn)共晶或晶界沉淀發(fā)生熔化，局部延性不足以支持任何強(qiáng)加的應(yīng)變時，就會產(chǎn)生液化裂紋［9-10］，液化裂紋的存在影響了結(jié)構(gòu)的完整性，制約著材料的推廣應(yīng)用。國內(nèi)外學(xué)者已對熱裂機(jī)制相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了大量研究［11-12］，也出現(xiàn)了眾多評價液化裂紋敏感性的試驗(yàn)方法。因此，本文綜述了幾種常用的焊接液化裂紋敏感性評價試驗(yàn)方法及判據(jù)，并對液化裂紋敏感性評價試驗(yàn)方法的發(fā)展做出展望。

1 自拘束試驗(yàn)方法

1.1 十字搭接裂紋試驗(yàn)方法

十字搭接裂紋試驗(yàn)方法，又名剛性十字形接頭焊接裂紋試驗(yàn)方法。該方法用于評價厚度1～3 mm的鋁合金、高溫合金、鎂合金、不銹鋼及船體結(jié)構(gòu)用鋼等鎢極氬弧焊及焊條電弧焊薄板的熱影響區(qū)液化裂紋敏感性。常用試樣尺寸為100 mm×60 mm×2.5 mm，先將腹板、翼板裝配并進(jìn)行點(diǎn)焊固定，接著按照圖1中順序和方向繼續(xù)焊接，冷卻2 h后檢查熱影響區(qū)是否存在裂紋，裂紋多出現(xiàn)在第3道焊縫的起弧區(qū)及第4道焊區(qū)，通過焊后產(chǎn)生的表面裂紋率來評價液化裂紋敏感性的大?。?3］。其試驗(yàn)裝置如圖1所示。

圖1 十字搭接裂紋試驗(yàn)裝置及試件［13］Fig.1 Device and specimen cross lap welding crack susceptibility test［13］

表面裂紋率C按式（1）計(jì)算，此指數(shù)可定性評價材料液化裂紋敏感性。

式中 ?l為4條試驗(yàn)焊縫裂紋長度之和；?L為4條試驗(yàn)焊縫長度之和。

十字搭接裂紋試驗(yàn)方法經(jīng)常與其他外載荷試驗(yàn)相結(jié)合來評價材料的焊接性。張子文等［14］使用十字搭接裂紋試驗(yàn)方法與點(diǎn)加熱變拘束試驗(yàn)，焦好軍等［15］、溫斯涵等［16］使用十字搭接裂紋試驗(yàn)方法與熱延性試驗(yàn)對Al-Mg-Si合金及鋁合金等材料液化裂紋的敏感性進(jìn)行了比較，使用表面裂紋率（Crack Rate，CR）、最大裂紋長度（Max Cracking Length，MCL）等作為液化裂紋敏感性評價指標(biāo)，得出試驗(yàn)材料在焊接時應(yīng)采取的冶金與工藝措施，建立了材料脆性溫度區(qū)間和焊接性的關(guān)系以及焊絲主成分和焊接性的關(guān)系。

1.2 焊縫金屬拉伸試驗(yàn)

焊縫金屬拉伸試驗(yàn)（Weld Metal Tensile Test）是對取自對接焊縫中的圓形橫截面（直徑10 mm）熔敷金屬試樣施加試驗(yàn)力直至斷裂的一種方法［17］。該方法通過檢查斷口鄰近區(qū)域所有裂紋，使用微裂紋敏感性指數(shù)（Micro-crack susceptibility index，MSI）MSI（TT）定量評價材料的液化裂紋敏感性，金屬拉伸試樣與檢查區(qū)如圖2所示［18］。

微裂紋敏感性指數(shù)（拉伸試驗(yàn)）MSI（TT）按式（2）計(jì)算：

式中LMF為所有檢測長度大于0.1 mm的裂紋總長度。

1.3 縱向彎曲試驗(yàn)

縱向彎曲試驗(yàn)（Longitudinal Bend Test）的試樣是沿對接焊縫縱向制取，當(dāng)材料在某一溫度區(qū)間內(nèi)所受應(yīng)變超過熱影響區(qū)本身的塑性變形能力時則產(chǎn)生液化裂紋?？v向彎曲試驗(yàn)是焊縫凝固后期通過彎曲施加應(yīng)變來研究材料液化裂紋敏感性，是自拘束試驗(yàn)中常用的方法，可直接定性評價材料液化裂紋，也可使用微裂紋敏感性指數(shù)MSI（LBT）進(jìn)行定量評價［19-22］，取樣位置如圖3所示。微裂紋敏感性指數(shù)（縱向彎曲試驗(yàn)）MSI（LBT）按式（3）計(jì)算。

圖3 縱向彎曲試樣取樣位置［18］Fig.3 Sampling position of longitudinal bending specimen［18］

式中b為試樣寬度；l0為試樣原始標(biāo)距。

1.4 小結(jié)

綜上，十字搭接裂紋試驗(yàn)多用于剛性十字形接頭焊縫及熱影響區(qū)液化裂紋敏感性的研究，判定液化裂紋主要是根據(jù)裂紋產(chǎn)生位置。在焊縫中心產(chǎn)生的裂紋認(rèn)為是結(jié)晶裂紋，在熱影響區(qū)產(chǎn)生的裂紋認(rèn)為是液化裂紋，但在多層多道焊重?zé)釁^(qū)產(chǎn)生的裂紋需借助顯微鏡進(jìn)一步判定，且十字搭接裂紋試驗(yàn)所用試樣尺寸較大，適用性不強(qiáng)。焊縫金屬拉伸試驗(yàn)與縱向彎曲試驗(yàn)都取樣于材料的對接焊縫，所用試樣尺寸較?。豢v向彎曲試驗(yàn)適用于所有電弧焊方法焊接的多道焊焊縫金屬，不僅可以定性評價，還可以定量評價材料液化裂紋敏感性，是自拘束試驗(yàn)中使用較多的方法。

2 外載荷試驗(yàn)方法

2.1 熱延性試驗(yàn)

熱延性試驗(yàn)又稱為高溫拉伸試驗(yàn)（Hot Ductil‐ity Test）［23］，使用熱物理模擬試驗(yàn)機(jī)對直徑6 mm、長度110 mm的圓形橫截面試樣進(jìn)行拉伸以模擬熱影響區(qū)熱循環(huán)來評價材料液化裂紋敏感性，試樣尺寸如圖4所示，試驗(yàn)過程如圖5所示［24］。試驗(yàn)包括加熱與冷卻兩個過程，在加熱過程測定零強(qiáng)度溫度（Nil Strength Temperature，NST），認(rèn)為此溫度點(diǎn)是發(fā)生斷裂的溫度，金屬強(qiáng)度接近零，加熱過程還需測定零延性溫度（Nil Ductility Temperature，NDT），此溫度認(rèn)為延性為零，本質(zhì)上為晶界開始熔融，表面出現(xiàn)液態(tài)薄膜；在冷卻過程測定延性恢復(fù)溫度（Ductility Recovery Temperature，DRT），即將試樣加熱到NDT和NST之間，以規(guī)定速率冷卻至試驗(yàn)溫度進(jìn)行拉伸加載，延性恢復(fù)至可測量時的溫度；通過繪制熱延性曲線，計(jì)算液化裂紋敏感溫度區(qū)間即NST與DRT的溫度差值來評估液化裂紋敏感性，裂紋敏感溫度區(qū)間越大，代表材料液化裂紋敏感性越大。熱延性試驗(yàn)結(jié)果示例如圖6所示［25］。

圖4 熱延性試驗(yàn)的試樣尺寸［24］Fig.4 Specimen size of hot ductility test ［24］

圖5 熱延性試驗(yàn)示意［24］Fig.5 Schematic diagram of hot ductility test［24］

圖6 熱延性試驗(yàn)結(jié)果示例［25］Fig.6 Example of hot ductility test results［25］

熱延性試驗(yàn)具有程序可控化、運(yùn)行精度高、參數(shù)范圍廣、過程可視化的特點(diǎn)，可反復(fù)模擬實(shí)際構(gòu)件的受熱與受力情況，從而精確再現(xiàn)材料的微觀結(jié)構(gòu)和宏觀狀態(tài)，因此近年來得到了廣泛使用。Lip‐pold等［27］提出熱延性試驗(yàn)可使用脆性溫度區(qū)間（Brittle Temperature Range，BTR）評價材料液化裂紋敏感性，此溫度判據(jù)已獲得多數(shù)學(xué)者的認(rèn)可。Caron等［25］針對HY系列、HSLA系列和BA系列典型的船用高強(qiáng)鋼進(jìn)行了液化裂紋敏感性研究，采用熱延性試驗(yàn)方法獲得了BA-160液化裂紋敏感溫度區(qū)間（Liquid Crack Temperature Range，LCTR），并認(rèn)為其敏感性較高。常鳳華等［28］采用熱延性試驗(yàn)、可調(diào)拘束試驗(yàn)高溫設(shè)備用改進(jìn)型不銹鋼焊接性進(jìn)行了評價，發(fā)現(xiàn)熱延性試驗(yàn)延性恢復(fù)比判據(jù)（Ratio of Ductility Recovery，RDR）與可調(diào)拘束試驗(yàn)MCL判據(jù)具有良好對應(yīng)關(guān)系。材料液化裂紋敏感性還可根據(jù)“極限抗拉強(qiáng)度-斷面收縮率”曲線獲得延性恢復(fù)率（Ductility Recovery Rate，DRR）和零延性溫度區(qū)間等進(jìn)行評價。

但熱延性試驗(yàn)方法冷卻速度與真實(shí)焊接情況相比較慢，且試樣表面溫度和內(nèi)部溫度存在一個溫度梯度，當(dāng)試樣徑向尺寸較大時溫度相差很大，難以反映試樣焊接時的真實(shí)情況；此外，實(shí)際焊接過程中開裂初期會有其他液相進(jìn)行填補(bǔ)，而模擬時無液相進(jìn)行填補(bǔ)，因此只能用于各材料之間基礎(chǔ)性能對比研究，無法反映實(shí)際焊接情況，對于兩種狀態(tài)下液化裂紋敏感性結(jié)果是否具有一致性還需進(jìn)一步研究。

使用熱延性試驗(yàn)評價時，重點(diǎn)是如何準(zhǔn)確獲得NST、NDT、DRT數(shù)據(jù)。LCTR是NST與DRT的差值，其中NDT的試驗(yàn)溫度是根據(jù)NST值來確定的，且DRT的試驗(yàn)溫度是加熱到NST與NDT之間，因此NST的結(jié)果尤為重要。大量研究結(jié)果表明，不同材料、不同研究者確定NST的試驗(yàn)程序差異較大，例如試樣尺寸、拉伸載荷大小、拐點(diǎn)溫度、升溫速率等參數(shù)目前無詳細(xì)規(guī)定，且難以控制，需要研究人員進(jìn)行大量試驗(yàn)對比摸索、不斷優(yōu)化。

2.2 程控平板拉伸試驗(yàn)（PVR試驗(yàn)）

程控平板拉伸試驗(yàn)（Programmierter Verformungs test，PVR）是根據(jù)Prokhorov熱裂理論［29］發(fā)展來的。其過程是采用單個平面拉伸試樣，在可編程的水平拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸，只需單一試樣（300 mm×40 mm×10 mm）就可確定母材或焊縫金屬的液化裂紋敏感性。該試驗(yàn)與縱向可調(diào)拘束試驗(yàn)存在根本的不同，PVR試驗(yàn)拉伸速率是線性增加的，而縱向可調(diào)拘束試驗(yàn)是通過彎曲瞬時加載施加的。此方法以第一條液化裂紋出現(xiàn)的臨界拉伸速率Vcrit作為液化裂紋敏感性判據(jù)，Vcrit與材料的臨界應(yīng)變速率具有相關(guān)性，Vcrit越大測試材料對發(fā)生液化裂紋的阻力越大，所測樣品的抗裂性越好。程控平板拉伸試驗(yàn)如圖7所示［30-31］，臨界拉伸速度Vcrit通過式（4）計(jì)算：

圖7 程控平板拉伸試驗(yàn)示例［30］Fig.7 Program-controlled deformation crack test［30］

式中Vcrit為臨界拉伸速度；?為平板拉伸的加速度；L1stHC為第一條裂紋出現(xiàn)的距離；VW為焊接速度。

Fink等人［32］采用PVR試驗(yàn)研究了奧氏體、雙相不銹鋼、AISI 304系列與鎳基合金焊縫的液化裂紋敏感性，結(jié)果表明應(yīng)變和應(yīng)變速率對液化裂紋形成具有顯著影響，并對材料進(jìn)行了材料評級。

PVR試驗(yàn)過程簡單，試驗(yàn)設(shè)備專業(yè)性不高，能夠量化常規(guī)電弧焊工藝產(chǎn)生的液化裂紋敏感性；試驗(yàn)重復(fù)性好，離散度小，當(dāng)評價高敏感性材料，單次試驗(yàn)即可清晰區(qū)分三種熱裂紋。但該試驗(yàn)方法只適用于高延伸率的材料，這也限制了試驗(yàn)適用范圍。

2.3 縱向可調(diào)拘束試驗(yàn)

縱向可調(diào)拘束試驗(yàn)（Varestraint Test）是20世紀(jì)60年代中期由美國學(xué)者Savage和Lundin等［33］開發(fā)的，利用反映實(shí)際焊接情況的程序來研究材料、焊接工藝以及拘束因素對熱裂行為的影響［34］。此方法可用來評價碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、銅合金、鋁合金等金屬的液化裂紋敏感性，其過程是將試板放在相關(guān)裝置上，焊接開始時沿焊縫縱向方向在模具周圍以規(guī)定彎曲速率進(jìn)行彎曲達(dá)到預(yù)定的應(yīng)變，縱向可調(diào)拘束試驗(yàn)如圖8所示［35］。應(yīng)變（ε）的大小取決于材料的厚度m和模塊半徑R，對應(yīng)關(guān)系如式（5）所示。

圖8 縱向可調(diào)拘束示意［35］Fig.8 Schematic diagram of longitudinal adjustable restraint［35］

式中t為試樣厚度；R為模塊的曲率半徑，通過改變模塊半徑即可簡單地改變所增加的應(yīng)變［36-37］。

縱向可調(diào)拘束試驗(yàn)常使用最大裂紋長度MCL、液化裂紋溫度范圍ΔTc、裂紋總長度（Total Cracking Length，TCL）、最大裂紋距離（Maximum Crack Dis‐tance，MCD）等作為判據(jù)來評價材料液化裂紋敏感性。

縱向可調(diào)拘束試驗(yàn)在焊接過程中利用彎曲有效誘導(dǎo)試樣表面區(qū)域產(chǎn)生液化裂紋，使評價得以可靠進(jìn)行。但判據(jù)需要在相同條件下測試3個試樣來繪制應(yīng)變曲線，所需試樣尺寸較大，數(shù)量較多；且由于可調(diào)拘束機(jī)參數(shù)不同造成試驗(yàn)結(jié)果也不盡相同，沒有國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，因此在評價液化裂紋敏感性方面通用性較差。

2.4 點(diǎn)拘束試驗(yàn)

點(diǎn)拘束試驗(yàn)（Spot Varestaint Test）是Lin等［38］在可調(diào)拘束試驗(yàn)基礎(chǔ)上為評價奧氏體不銹鋼液化裂紋敏感性發(fā)展的，與用于評價結(jié)晶裂紋的橫向可調(diào)拘束試驗(yàn)不同，點(diǎn)拘束試驗(yàn)使用固定點(diǎn)焊來產(chǎn)生穩(wěn)定熱影響區(qū)。點(diǎn)拘束試驗(yàn)如圖9所示。

圖9 點(diǎn)拘束示意［38］Fig.9 Schematic diagram of point restraint ［38］

通過繪制最大裂紋長度MCL與應(yīng)變的關(guān)系圖，確定一個“飽和應(yīng)變”，即增加應(yīng)變MCL不發(fā)生變化的應(yīng)變，在熔池里放入熱電偶就可獲得熱影響區(qū)溫度梯度，接著用MCL與溫度梯度GT相乘可獲得易發(fā)生液化開裂的溫度范圍，從而得到試樣易發(fā)生液化開裂的區(qū)域，即裂紋敏感區(qū)域（Thermal Crack-Susceptible Region，CSR），如圖10所示，A-286與310合金相比，其液化開裂溫度較寬，液化開裂CSR大。

圖10 點(diǎn)拘束測得的A-286與310合金CSR［38］Fig.10 CSR of A-286 and 310 alloys measured by point restraint［38］

西本和俊、才田一幸和Saida［39-41］等人使用點(diǎn)拘束試驗(yàn)測試690合金及7種類型的HP改性合金的熱裂紋敏感性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與鑄態(tài)相比，HP43AZ以外的合金在時效和使用條件下的延展性開裂敏感性顯著增加，而在長期時效期間液化開裂敏感性沒有太大變化。Chang與 Divya等人［42-43］使用點(diǎn)拘束試驗(yàn)評價690合金、鋁合金焊接液化裂紋敏感性，結(jié)果表明裂紋數(shù)量隨著增強(qiáng)應(yīng)變的增加而增加。

該方法可以確定裂紋發(fā)生的精確溫度范圍，更易于測量材料之間的熱影響區(qū)液化開裂敏感性，主要用于奧氏體不銹鋼，也適用于鎳基合金［44］。

2.5 小結(jié)

熱延性試驗(yàn)可評價母材液化裂紋與焊縫液化裂紋敏感性，使用試樣尺寸較小，對材料無要求，但由于是物理模擬，很大程度上不能反映出真實(shí)焊接過程；PVR試驗(yàn)檢測效率較高，多用于評價焊縫液化裂紋，但只適用于高延伸率的材料；縱向可調(diào)拘束試驗(yàn)所需試樣尺寸較大，且試驗(yàn)結(jié)果受可調(diào)拘束機(jī)的參數(shù)影響，沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)；點(diǎn)拘束試驗(yàn)使用材料較少，試驗(yàn)程序簡單，多用于評價奧氏體不銹鋼與鎳基合金液化裂紋敏感性。

3 敏感性判據(jù)

國內(nèi)外學(xué)者提出了幾種液化裂紋判據(jù)模型，包括非力學(xué)模型與力學(xué)模型。非力學(xué)模型包括敏感溫度范圍、熱塑性曲線以及相圖等；力學(xué)模型包括應(yīng)力、應(yīng)變、應(yīng)變速率及其對應(yīng)的各個裂紋長度等。

3.1 溫度范圍判據(jù)

溫度范圍是評價液化裂紋敏感性最常用的判據(jù)。JOEL ANDERSSON等［45］提到熱延性試驗(yàn)常使用脆性溫度區(qū)間BTR，可調(diào)拘束常用零延性溫度（Zero Ductility Temperature，ZDT）與液化裂紋溫度范圍 ΔTc。Caron［25］評價船用高強(qiáng)鋼使用的液化裂紋敏感溫度區(qū)間LCTR，林等［46］評價2195合金使用的NST-DRT（NST），K.?yczkowska等［47］評價713合金使用的高溫脆性范圍（High Temperature Brittleness Range，HTBR）HTBR=NST-DRT，SHI S等［48-49］評價耐熱不銹鋼使用的NST-DRT（TP）與零延性溫度ZDT，Srinivasan M G等［50-51］評價硼化不銹鋼與Xin‐qiang W［52］評價高氮不銹鋼使用的零延性范圍（Nil Ductility Range，NDR）NDR=NST-DRT都是同一種判據(jù)，屬于溫度范圍判據(jù)。

溫度范圍判據(jù)衍生出來的還有比例判據(jù)。如常鳳華［28］等評價316不銹鋼使用的塑性恢復(fù)速率RDR，Ganesan Srinivasan評價高氮不銹鋼使用的裂紋指數(shù)CF=（NST-DRT）/NDT×100%，?yczkowska K評價713合金使用的裂紋指數(shù)Rf=（TL-NDT）/NDT，常用判據(jù)示意如圖11所示。分析認(rèn)為這些溫度范圍參數(shù)（BTR、DRR和RDR）均與晶界液化的形成有關(guān)，BTR和RDR參數(shù)反映了某一溫度范圍內(nèi)的熱延性響應(yīng)，且溫度范圍越大，裂紋指數(shù)越高，材料液化裂紋敏感性越高。在其他的研究中也證實(shí)了使用溫度區(qū)間作為液化裂紋敏感性判據(jù)的可靠性［53-54］。

圖11 液化裂紋敏感性溫度區(qū)間判據(jù)Fig.11 Schematic diagram of temperature range criterion for lique‐faction crack susceptibility

3.2 裂紋長度判據(jù)

裂紋長度判據(jù)是指熱影響區(qū)和熔合區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的裂紋。最大裂紋長度MCL或最大裂紋距離MCD與脆性溫度范圍（BTR）有著良好的對應(yīng)性，因此也常作為液化裂紋敏感性判據(jù)，如圖12所示。

圖12 液化裂紋敏感性裂紋判據(jù)示意［38］Fig.12 Schematic diagram of liquefaction crack sensitive crack criterion［38］

Statharas D 等［55］、路文江等［56］、鄒茉蓮等［57］、Dupont J等［58］以及潘永明等［59］分別使用縱向可調(diào)拘束試驗(yàn)評價了高強(qiáng)鋁合金、鎳基合金、API-5L等材料的液化裂紋敏感性，試驗(yàn)結(jié)束后觀測試樣表面，使用最大裂紋長度MCL進(jìn)行評價；也有研究者使用液化裂紋溫度范圍ΔTc、脆性溫度區(qū)間BTR、裂紋總長度TCL、最大裂紋距離MCD、臨界應(yīng)變量ε等作為判據(jù)來評價裂紋敏感性，經(jīng)對比發(fā)現(xiàn)裂紋長度判據(jù)中MCL與TCL多作為液化裂紋敏感性判據(jù)。

3.3 其他判據(jù)

除溫度范圍和裂紋長度，還有應(yīng)力、應(yīng)變、應(yīng)變速率等參數(shù)也可作為評價液化裂紋敏感性的判據(jù)。

Eskin D G［60］等提出的應(yīng)力解析模型可定量分析熱應(yīng)力與液化裂紋敏感性的關(guān)系，認(rèn)為應(yīng)變速率對液化裂紋的萌生和擴(kuò)展起著相對直接的作用，數(shù)值越高，抗裂性能越好。如PVR試驗(yàn)的Vcrit判據(jù)，Vcrit越大，試驗(yàn)材料對熱裂紋發(fā)生的阻力越大，說明所試驗(yàn)樣品的抗裂性越好；縱向可調(diào)拘束試驗(yàn)使用的臨界應(yīng)變量、臨界應(yīng)變速率以及臨界應(yīng)變增長速率（Critical strain rate for Temperature drop，CST）也可以評價其液化裂紋敏感性。其中CST對應(yīng)于引起開裂所需增大應(yīng)變的最小值，隨著應(yīng)變增大在此飽和應(yīng)變上最大裂紋長度保持不變［61］。

還有一些針對特定材料的評價方法，如橫向拘束環(huán)形焊縫裂紋試驗(yàn)，用來評價鎂合金焊縫液化裂紋敏感性，其判據(jù)基于利用熱力學(xué)計(jì)算軟件獲得T-fs曲線判斷母材與焊縫強(qiáng)化的先后順序來評價液化裂紋率［62-63］。

各個判據(jù)間并非孤立不相通的，如縱向可調(diào)拘束試驗(yàn)方法中的溫度范圍判據(jù)與裂紋長度判據(jù)，通過更換曲率模塊，不斷增加外加應(yīng)變量ε，Lmax也隨之增長，但ε增大到某一數(shù)值后，Lmax就基本上趨于一個定值，此時Lmax所對應(yīng)的溫度區(qū)間即為材料產(chǎn)生熱裂紋的脆性溫度區(qū)間BTR。

3.4 小結(jié)

不同試驗(yàn)方法對應(yīng)的判據(jù)有所差異，熱延性試驗(yàn)多用溫度范圍判據(jù)，縱向可調(diào)拘束試驗(yàn)傾向于使用裂紋長度判據(jù)，特定材料也有其特定的方法和判據(jù)。溫度范圍判據(jù)可較好地反映不同材料間液化裂紋敏感性高低，但其確定程序較為繁瑣，需要大量研究來確定詳細(xì)的試驗(yàn)參數(shù)；裂紋長度判據(jù)也能較好地反映材料的液化裂紋敏感性，但一些裂紋可能存在于材料內(nèi)部特別是焊根區(qū)，總裂紋長度能否真實(shí)快速反應(yīng)液化裂紋敏感性還有待證實(shí)。

4 結(jié)論

（1）自約束試驗(yàn)相對簡單，無需專門的試驗(yàn)設(shè)備，其結(jié)果多是定性的。但為了評估焊接工作參數(shù)的影響，需要進(jìn)行大量的測試，耗時又昂貴，不適合在實(shí)驗(yàn)室中研究關(guān)鍵變量對材料液化裂紋敏感性的影響。

（2）外載荷試驗(yàn)可定量評價材料液化裂紋敏感性，需要專門的設(shè)備和程序，各方法之間無法直接進(jìn)行比較，可重復(fù)性很差。在prEN/ISO和GOST標(biāo)準(zhǔn)描述的試驗(yàn)中，較為標(biāo)準(zhǔn)的是熱延性試驗(yàn)與PVR試驗(yàn)，試驗(yàn)材料較少、可重復(fù)性高，且相對簡單，有利于未來發(fā)展有限元模擬手段來評價材料液化裂紋敏感性。

（3）液化裂紋是在高溫下塑性降低的結(jié)果，溫度范圍和裂紋長度可作為評價液化裂紋敏感性的判據(jù)。由于實(shí)際開裂機(jī)制的復(fù)雜性，個別試驗(yàn)的多樣性，以及單一形式標(biāo)準(zhǔn)化的困難性，對于不同試驗(yàn)間判據(jù)的準(zhǔn)確關(guān)聯(lián)未來還需要進(jìn)一步研究，這將為液化裂紋評價試驗(yàn)方法和敏感性判據(jù)相關(guān)的通用標(biāo)準(zhǔn)奠定基礎(chǔ)。