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GB／Z 41107.3-2021 金属材料焊缝破坏性试验 焊件的热裂纹试验 弧焊方法 第3部分：外载荷试验.pdf简介：

GB/Z 41107.3-2021 是中国国家标准，金属材料焊缝破坏性试验系列标准中的一部分，它具体规定了金属材料焊缝的热裂纹试验方法，特别针对使用弧焊（如电弧焊、气体保护焊等）的焊接接头进行外载荷试验。外载荷试验的目的是模拟焊缝在实际使用中的受力情况，通过施加特定的载荷来检查焊缝的抗裂纹能力，以评估其在承受应力时的强度和稳定性。

试验简介：

1. 试验对象：主要是焊接接头，包括焊缝本身和焊缝附近的母材。 2. 试验设备：需要使用专业的试验设备，如拉伸试验机、弯折试验机等，以施加不同的载荷类型，如拉伸载荷、弯曲载荷等。 3. 试验过程：首先，接头需要在预定的温度下进行预热，然后在载荷作用下观察焊缝是否产生裂纹。载荷的类型、大小和加载速度需要严格控制，以模拟真实工况。 4. 试验结果：根据焊缝是否出现裂纹、裂纹的形态和位置，评估焊缝的抗裂纹性能。如果焊缝在承受试验载荷下无明显裂纹产生，说明该焊缝具有良好的抗热裂纹能力。

这个标准是为金属材料焊接接头的热裂纹风险评估提供科学依据，帮助提高焊接接头的质量和可靠性。

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GB/Z4110Z.32021

金属材料焊缝破坏性试验 焊件的热裂纹试验弧焊方法 第3部分：外载荷试验

本文件规定了热拉伸试验、可调拘束试验和横向可调拘束试验、程控平板拉伸试验等外载荷热裂纹 试验的试样尺寸、试样制备、试验步骤和评定方法。 本文件适用于奥氏体不锈钢、镍及镍基合金、镍铜合金母材和焊接材料热裂纹敏感性评定。若合同 双方商定，本文件也可参考用于铝合金和高强钢等其他材料

温室大棚冷热温控系统招标文件GB/T41107.1界定的术语和定义适用于本文件

表1中的符号和缩略语适用于本文件。

表1符号和缩略语及说明

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表1符号和缩略语及说明（续）

外载荷热裂纹试验可用于提供母材及焊接材料的凝固裂纹、液化裂纹和失延裂纹敏感性的定量化 评价指标，如表2所示。由于热裂纹形成机理尚未完全定论，本文件描述的几种外载荷试验使用了不同 的热裂纹敏感性评定指标。对于广泛制造领域中易造成热裂纹的相关条件，如温度、冷却速度、拘束和 外加应变等，均未精确重现。尽管这些试验方法在不断完善，但目前只能用于对母材、焊接材料和焊接 条件分级，将结果与相关数据库比较以判断是否适用，因而，不能明确某一特定试验最适合某一特定要 求。试验人员应根据经验或初步试验的结果选定最适用的试验方法。 使用合适的试验设备对试样施加外载荷，四种外载荷热裂纹试验类型及应用示例见表2。 试验设备在脆性温度区间（BTR)内施加的外载荷使试样产生可测量的应变和应变率，因此能再现 焊接工艺的某些特征。其试验结果是定量的，使用规范的步骤和相似的设备时，同一试验的再现性通常 较好。

表2外载荷热裂纹试验及其应用

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表2外载荷热裂纹试验及其应用（续）

然而，由于不同的实验室采用的设备和试验步骤是非标准化的，实验室间绝对再现性受限；实验室 内使用一致的步骤和同样的设备，重复性通常较好。 研究母材时，可调拘束试验和程控平板拉伸试验采用钨极情性气体保护焊（TIG焊）进行焊接，同 时对所形成的热影响区施加应变；热拉伸试验通过电加热试样，并对试样的热影响区施加应变，从而进 行裂纹敏感性评价。 研究焊缝金属时，可调拘束试验和程控平板拉伸试验采用适当的电弧焊方法熔敷一条焊缝，在焊缝 凝固时施加应变，检测焊缝产生的裂纹；热拉伸试验从多道焊接头中制取试样，按照6.1.1规定的方法 通过测定的力学性能进行评价。 研究多道焊焊缝时，也可使用可调拘束试验和程控平板拉伸试验，先制备多道焊熔敷金属的试样， 然后采用与母材试验中类似的TIG焊方法再次加热焊缝金属，对形成的热影响区进行试验。 虽然给定的试件中可能出现不止一种类型的热裂纹，但某种裂纹（如凝固裂纹）产生后会造成试验 应变降低到一定程度，导致其他类型的热裂纹不能产生。因此，试件中未见某种裂纹，并不意味着实际 应用中没有产生这种裂纹的风险。 横向可调拘束试验主要通过施加与焊缝长度方向垂直的横向应变来评定焊缝金属凝固裂纹的敏感 性。试验中如产生其他类型热裂纹，应在试验报告中说明

试验使用圆形横截面拉伸试样，在模拟焊接热循环条件下进行拉伸试验，以测定材料热裂纹敏感 性，试样可能在模拟焊接热循环中任一时刻突然断裂。 方法A是使用若干试样模拟熔化焊热循环，将拉伸试样加热至熔化温度，来研究试样在不同拘束 应变条件下的凝固裂纹敏感性。 方法B是通过模拟热影响区热循环来评定液化裂纹敏感性，在试验过程中仅将试样加热至零强度 温度（NST)而非熔化温度，母材热影响区液化裂纹与多道焊道间热影响区液化裂纹的试验步骤相同。 方法A和方法B主要用于焊缝金属热裂纹研究，再现性好

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试样尺寸及焊接接头的位置见图1

图1热拉伸试验的试样尺寸

试样应在密闭室内加热。加热室先抽真空，再用任何适宜的方法填充氩气等惰性气体，以避免试样 在高温时过度氧化，确保试验开始时气氛中氧气含量不超过0.1%

6. 1.4 试验步骤

试样温度测量可选用直径为0.2mm/0.25mm的铂佬热电偶，用储能点焊将热电偶固定在试样长 度的中间位置并垂直于试样轴向

6.1.4.2方法A凝固裂纹模拟试验

将直径为10mm的试样安装在水冷铜 加热沃将试样加热全熔点。米用案 配合的石英管防止试样中心部分在接近熔点时塌。在凝固和之后的冷却过程中钳口保持固定，以使 试样在收缩应变/拘束条件下诱发裂纹 后续试验可在热循环后施加可控压缩，以建立避免开裂所需的位移量

5.1.4.3方法B—液化裂纹模拟试验

为测定零强度温度（NST），将直径为6mm的试样以约50℃/s的速率（对于某些合金可开至 250℃/s）加热至低于固相线温度50℃～100℃后，以约2℃/s的速率继续加热，同时施加约100N的 恒定载荷拉伸至试样断裂。 热延性通过“加热”试验和“冷却”试验测定。对于“冷却”试验，试样应加热至NST，然后冷却至试 验温度进行拉伸试验。对于“加热”试验，仅需加热试样至试验温度，然后以50mm/s的拉伸速率施加 载荷。加热和冷却速率应与模拟的焊缝金属经历的热循环相对应。 在加热过程中，应允许试样自由膨胀。如果实践中的数据可用，使用设备程序能模拟焊接应变。在

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冷却过程中，应充许试样自由收缩或施加可控压缩，最终得以确定延性恢复温度（DRT）。对试样轴向 收缩的补偿，可作为防止试样开裂所需应变的量值 建立可靠的热延性曲线通常至少需要12个试样

图2热拉伸试验结果示例

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6.2可调拘束试验和横向可调拘束试验

可调拘束试验和横向可调拘束试验是利用熔敷焊缝凝固同时施加应变，来评定母材、焊接材料和焊 件的热裂纹敏感性， 可调拘束试验沿试验焊缝纵向施加载荷，能够评定凝固裂纹、液化裂纹和失延裂纹（如表2所示）。 横向可调拘束试验沿试验焊缝横向施加载荷，主要用于评定母材、TIG焊再次熔化的熔敷金属、试 验过程中焊接的熔敷金属的凝固裂纹敏感性。 两种试验方法的基本原理示意见图3，试验装置及使用辅助弯曲板图例参见附录A。试验方法的 优点是试验简单和结果评价快捷。采用专用设备实现对试样施加应变与焊接同步操作。由于试验设备 存在明显差异，实验室间结果再现性可能受限

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图3可调拘束试验和横向可调拘束试验原理图

实验室内在使用同一试验设备时，试验结果离散度小、重复性好。试验能用于材料分级，与已知裂 敏感性的材料进行比较，能辨别试验材料成分和/或焊接条件的微小变化。在给定试验条件下，少量 式验即可获得有用的数据，通常为图4a）中的①区、②区和③区

试样尺寸不做规定，取决于试验材料、试验的确切性质和试验设备的承载能力。 可调拘束试验： 常用的平板试样尺寸，长度l为80mm~300mm，宽度w为40mm~100mm，厚度t取决于 试验材料和试验设备的承载能力。 横向可调拘束试验： 一典型试样尺寸，长度1为100mm，宽度w为40mm，厚度t为10mm。 注：除了薄板材料和管材以外，也可选 他试样尺寸，能够进行纵向、横向焊缝试验

试样尺寸不做规定，取决于试验材料、试验的确切性质和试验设备的承载能力。 可调拘束试验： 常用的平板试样尺寸，长度l为80mm~300mm，宽度w为40mm~100mm，厚度t取决于 试验材料和试验设备的承载能力。 横向可调拘束试验： 典型试样尺寸，长度l为100mm，宽度w为40mm，厚度t为10mm。 注：除了薄板材料和管材以外，也可选用其他试样尺寸，能够进行纵向、横向焊缝试验，

标准试验程序是在母材或焊接熔敷金属上用TIG焊重熔一条焊道， 焊接参数可根据特定的应用进行选择，标准的焊接参数为： 电弧电压12.5V，焊接电流85A，焊接速率18cm/min（低热输入）； 电弧电压13.5V，焊接电流205A，焊接速率11cm/min（高热输人） 使用的焊接参数应做记录

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在TIG焊电弧运行到达设定点（通常是试样中心)时，将试样在曲率半径为R的弯曲模上弯曲变形， 见图3。弯曲力通常由液压加载，速率控制为不低于1.8mm/s，弯曲力施加程序自动与焊接操作同步。 弯曲应变由公式（1）计算：

典型的弯曲应变选取范围为0%～4%，如图4a）。推荐选取3个应变水平（例如0～1%，1%～2% 和2%～4%），并根据公式（1）选取弯曲模的曲率半径。

每一次试验完成后，按图4b)截取试样并放大25倍检查，测定所有可见的热裂纹总长度（Lot），并绘制 热裂纹总长度Ltot与弯曲应变ε的关系曲线，该曲线的相对位置可用以评价热裂纹敏感性，见图4a)。 对于横向可调拘束试验，可绘制类似的热裂纹总长度Lot与表面弯曲应变ε的关系曲线。 图4a)仅示例如何将热裂纹数据与已知焊接性相关联，说明可划分出裂纹敏感性“低”“中”“高”三 区，并不表示任何对材料焊接性或热裂纹敏感性的绝对评定。 试验施加的应变与实际制造中焊接接头经受的应变难以对应，因此，推荐试验应用于新材料或焊缝 时，与实际工况中已知裂纹敏感性的材料进行对比

4可调拘束试验和横向可调拘束试验结果示例

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标引序号说明： 热裂纹总长度： 弯曲模曲率半径/（弯曲模曲率半径十试样厚度），即R/(R十t)； 可调拘束试样： 长度测量，体视显微镜（25倍）：Lo=l1+l2++l； 熔合区裂纹； 开始施加弯曲力时熔池位置； 弧坑； 固液界面：

产业扶贫辣椒种植招标文件（定稿）5.236.3程控平板拉伸试验

用于裂纹检查的截取部位； 10———热影响区裂纹； 一设定点； 一收弧点。 ①区：抗热裂纹（低敏感性）； ②区：热裂纹风险上升（中敏感性） ③区：热裂纹风险高（高敏感性）

图4可调拘束试验和横向可调拘束试验结果示例（续

面沿纵向机加工和磨削，表面粗糙度应不大于6.3um。表面应没有垂直于焊接方向的划痕，以免诱发 伪裂纹。将平板拉伸试样煌接到一个专用夹具中，以确保拉伸试验设备实现试样程控变形

DBJ50∕T-243-2016 重庆市住宅建筑结构设计规程GB/Z41107.32021

图5程控变形裂纹试验（PVR试验）试样