焊接接头的强度匹配

长久以来，冲压内部结构的传统内部在结构上准则大体上是气压内部在结构上。在前述的冲压内部结构中，沟槽与助焊剂在气压上的相互配合关系可有四种：沟槽气压等同于助焊剂（等强相匹配）、沟槽气压远远超过助焊剂（极强相匹配，也叫武艺高强相匹配）及沟槽气压高于助焊剂（低强相匹配）。从内部结构的更稳定性考量，一般都要求沟槽气压最少与助焊剂气压成正比，即等强内部在结构上准则。但前述生产中，多是按照熔敷合金气压来选择冲压金属材料，而熔敷合金气压绝非是前述的沟槽气压。熔敷合金不等同沟槽合金，特别是低合金高气压特雷隆冲压金属材料，其沟槽合金的气压往往比熔敷合金的气压略低不少。

所以，就会出现为名等强而前述极强的结论。极强相匹配是否很大更稳定，重新认识上并不完全一致，并且有所批评。我省南昌二桥内部在结构上中就管制沟槽的极强值不小于98MPa；美国的科学研究者Pelini则提出，为的是达到激进的内部结构准确性目标，可采用在气压方面与助焊剂相当的沟槽或比助焊剂低137MPa的沟槽（即低强相匹配）；根据日本科学研究者田中金声等的科学研究结论，低强相匹配也是可取的，并已在工程上得到应用。但荷兰科学研究者Soete和我省陶铸等的看法是，极强相匹配应该不利。或许，牵涉冲压内部结构更稳定的有关沟槽气压相匹配的内部在结构上准则，还缺少充份的方法论和课堂教学的依照，并无统一的重新认识。为的是确定冲压接点更科学合理的内部在结构上准则和为恰当换用冲压金属材料提供依照，北京大学陈伯蠡教授等承揽了国家自然科学基金委员会科学研究项目武艺高强钢沟槽强延展性相匹配方法论科学研究。课题的科学研究内容有：490MPa艾盖佩屈强比武艺高强钢接点的脱落气压，690~780MPa级高屈强比武艺高强钢接点的脱落气压，无资金缺口冲压接点的抗拉气压，深资金缺口待测资金缺口顶部的形变犯罪行为，冲压接点的NDT测试等。大量测试结论表明：

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对于抗拉气压490MPa级的低屈强比武艺高强钢，换用具有很大延展性而适度极强的冲压金属材料是不利的。如果综合性冲压Vertaizon和采用适应能力等因素，换用具有很大延展性而前述等强的冲压金属材料应更加科学合理。此类钢冲压接点的脱落气压和脱落犯罪行为依赖于冲压金属材料的气压和塑延展性的综合性作用。因此，仅考量气压而不考量延展性而进行的冲压内部结构内部在结构上，并不能可信地保证其采用可信性。

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对于抗拉气压690~780MPa级的高屈强比武艺高强钢，其冲压接点的脱落性能不仅与沟槽的气压、延展性和塑性有关，而且受冲压接点的不均质性所制约，沟槽过分极强或过分低强均不理想，而接近等强相匹配的接点具有最佳的脱落性能，按前述等强准则内部在结构上冲压接点是科学合理的。因此沟槽气压应有上限和下限的限定。

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抗拉气压相匹配系数（Sr）即冲压金属材料的熔敷合金抗拉气压与助焊剂抗拉气压之比值，它可以反映接点力学性能的不均质性。测试结论表明，当Sr≧0.9时，可以认为冲压接点气压很接近助焊剂气压。因此，生产课堂教学中采用比助焊剂气压降低10%的冲压金属材料施焊，是可以保证接点等气压内部在结构上要求的。当Sr≧0.86时，接点气压可达助焊剂气压的95%以上，这是因为气压较高的助焊剂对沟槽合金产生拘束作用，使沟槽气压得到提高。

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助焊剂的屈强比对冲压接点的脱落犯罪行为有重要影响，助焊剂屈强比低的接点抗脆断能力较助焊剂屈强比高的接点抗脆断能力更好。这说明助焊剂的塑性储备对接点的抗脆断性能亦有较大的影响。

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沟槽合金的形变犯罪行为受到沟槽与助焊剂力学性能相匹配情况的影响。在相同拉伸应力下，低屈强比钢的极强相匹配接点的沟槽应变较大，高屈强比钢的低强相匹配接点的沟槽应变较小，冲压接点的裂纹张开位移（COD值）也呈现相同的趋势，即低屈强比钢的极强相匹配接点具有裂纹顶部处易于屈服且裂纹顶部形变量更大的优势。

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冲压接点的抗脆断性能与接点力学性能的不均质性有很大关系，他不仅决定于沟槽的气压，而且受沟槽的延展性和塑性所制约。冲压金属材料的选择不仅要保证沟槽具有适宜的气压，更要保证沟槽具有足够高的延展性和塑性，即要控制好沟槽的强延展性相匹配。

对于气压级别高的钢种，要使沟槽合金与助焊剂达到等强相匹配则存在很大的技术难度，既使沟槽气压达到了等强，却使沟槽的塑性、延展性降低到了不可接受的程度；抗裂性能也显著下降，为防止出现冲压裂纹，施工条件要求极为严格，施工成本大大提高。

为的是避免这种只追求气压而损害内部结构整体性能，提高施工上的经济可信性，不得不把气压降下来，采用低强相匹配方案。如日本的潜艇用钢NS110,它的屈服气压小于或等同于1098MPa，而与之配套的焊条和气保焊丝的熔敷合金屈服气压则要求小于或等同于940MPa，其屈服气压相匹配系数为0.85。采用低强相匹配的冲压金属材料后，沟槽的含碳量及碳当量都可以降低，这将使沟槽的塑延展性得到提高，抗裂性能得到改善，给冲压施工带来了方便，降低了施工方面的成本。

另外，日本科学研究者田中金声的一些测试数据表明，只要沟槽合金的气压不高于助焊剂气压的80%，仍可保证接点与助焊剂等强，但是低强沟槽的接点整体伸长率要低一些。在疲劳载荷作用下，如不削除沟槽的余高，疲劳裂纹将产生在熔合区；但若削除沟槽的余高，疲劳裂纹将产生在低气压的沟槽之中。因此，关于低强沟槽的运用，应当结合具体条件进行一些测试工作为宜。