XJGY154金属力学性能检测工艺.docx
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XJGY154金属力学性能检测工艺
文件编号：
XJGY154-2015
金属力学性能检测工艺
编制：
审核：
批准：
批准日期：
2015年6月15日
实施日期：
2015年6月15日
1、规范性引用文件
下列文件中的条款通过本作业指导书引用而成为本工艺的条款。
不注日期的引用文件，其随后所有的修改单或修订版均适用于本规程，按其最新版执行。
GB/T2975《钢及钢产品力学性能试验取样及试样制备》
GB/T228《金属材料拉伸试验方法》
GB/T229《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》
GB/T232《金属材料弯曲试验方法》
GB/T2653《焊接接头弯曲试验方法》
GB/T6396《复合板力学及工艺性能试验方法》
NB/T47014《承压设备用焊接工艺评定》
NB/T47016《承压设备产品焊接试件的力学性能检验》
GB/T6379.2-2004《测量方法与结果的准确度（正确度与精密度）第2部分：
确定标准测量方法重复性与再现性的基本方法》
GB/T6379.4-2006《测量方法与结果的准确度（正确度与精密度）第4部分：
确定标准测量方法正确度的基本方法》
GB／T8170-2008《数值修约规则与极限数值的表示和判定》
2、理化检验信息输入
2.1材料标准：
现行最新有效版本
2.2产品技术条件或合同（用户特殊或超出标准要求）
2.3材料技术条件：
材料质量证明书（自制产品）或用户材料质量证明书（来料产品）
2.4UPS（焊接工艺指导书）、PQR（焊按工艺评定报告）、UPQ（焊接工艺评定）、PUHT（焊后热处理）
2.5受压封头及球壳板制造需进行原材料配件、焊接工艺试件、焊工考试试件、产品试板等试验，凭《检验委托单》和提交符合要求的试样或样品，一起报送实验中心。
3、理化检验基本要求
3.1检验人员资格培训考核。
3.1.1理化检验人员必须具备资格证，各专业至少具备Ⅰ、Ⅱ级各一人，资格证颁发必须经机械工业理化检验人员技术培训和资格鉴定委员会认可。
3.1.2不具备资格的理化检验人员不能进行试验操作。
3.2试验设备在校准周期内，并处于校准状态。
万能试验机、冲击试验机每年校准一次。
3.3试验室做好设备的防尘、防高温、防潮、防震、等工作，保证试验环境适宜性。
3.4理化检验人员每天下班前需对水、电、门、窗、气认真检查，以保证安全。
4、切取样坯的方法
4.1切取样坯应遵循原则
4.1.1样坯都应在外观及尺寸合格的钢材上切取
4.1.2切取样坯时，应防止因过热，加工硬化而影响其力学及工艺性能。
4.1.3取样时，应对样坯和试样作出不影响其性能的标记，以保证始终识别取样的位置和方向。
4.2钢板切取拉伸、冲击和弯曲样坯
4.2.1钢板切取拉伸、冲击和弯曲样坯应在宽度的1/4处切去，见图1和图2.如试验机能力允许时，应尽可能取全厚度做拉伸试验。
4.2.2切取弯曲试样时，如机加工和试验机能力允许，应制备成全截面或全厚度的弯曲试样；如机加工和试验机能力有限，则弯曲试样也应至少保留一个原表面。
图1在钢板上切取冲击样坯的位置
图2在钢板上切取冲击样坯的位置
4.3板材焊接工艺评定时切取拉伸、冲击和弯曲样坯。
4.3.1焊接工艺评定切取拉伸、冲击和弯曲数量应符合表1的规定。
4.3.2板材按工艺评定切取拉伸、冲击和弯曲样坯应进行外观检查和无损检测（JB4730）,然后在合格部位和切取试样。
表1力学性能和弯曲性能试验项目和取样数量
试件母材的厚度T（mm）
试验项目和取样数量（个）
拉伸试验
弯曲试验
冲击试验
拉伸
面弯
背弯
侧弯
焊缝区
热影响区
T＜1.5
2
2
2
——
——
——
1.5≤T＜10
2
2
2
——
3
3
10≤T<20
2
2
2
3
3
T≥20
2
——
——
4
3
3
备注
1）一根管接头全截面试样可代替两个板试样。
2）当试样焊缝两侧的母材之间或焊缝金属和母材之间的弯曲性能有着显著的差别时，可以用纵向试验代替横向弯曲试验。
纵向弯曲时只取面弯和背弯试样各两个。
3）可以用4各横向侧弯试样代替两个面弯和两个背弯试样。
4）当焊缝两侧母材的钢号不同时，没侧热影响部位都应取3各冲击试样。
5）当无法制备5mm*10mm*55mm小尺寸冲击试样时，免做冲击试样。
4.3.3力学性能和弯曲试验的取样要求：
a）试件允许避开缺陷取样。
b）试件去除之前允许对试样进行冷校平。
c）板材对焊接焊缝试件上取样位置见图3.
图3板材对接焊缝试件上试样位置。
4.4产品焊接试板试样的制备及类别、数量。
4.4.1试板焊缝应进行外观检查和无损检测（按JB4730），在合格部位截取试样。
4.4.2试板的长度和宽度以满足试验所需的式样类别和数量的截取为宜。
但对接接头试板L≥300mm，B≥250mm；试样的截取如图4（对接接头试板）所示。
图4对接接头试板
4.4.3试板两端舍弃部分长度随焊接方法和板厚而异，一般手工焊不小于30mm；自动焊和电渣焊不小于40mm。
如有引弧板和引出板时，也可以少舍弃或不舍弃。
4.4.4试样毛坯的截取一般采用机械切割法，也可以用激光或线切割的方法，但应去除热影响区。
4.4.5必要时，也可以直接从焊件上截取试样。
4.4.6根据部同项目的试验要求，试样进行加工，待检验合格后，打上钢印或其它永久性的标志。
4.4.7试样的类别和数量
试样的类别和数量应符合表2的规定
表2试样的类别和数量
试样类别
拉伸
弯曲
冲击
δs≤20
Δs＞20
焊缝金属
热影响区
面弯
背弯
侧弯
试样数量
1
1
1
2
3（或6）
3
注：
1）、当试板厚度δs≤20时，应采取全板厚单个试样；当是试样厚度δs>20时，根据实验条件可采用全板厚的单个试样，也可用多片试样。
采用多片试样时，应将焊接接头全厚度的所有试样组成一组，作为一个是试样。
2）、试板厚度δs为10~20mm时，可采用一个面弯，一个背弯，也可用2个侧弯代替面弯和背弯。
3）、标准的抗拉强度下限δb>540mm的刚才和Gr-Mo钢，且试板厚度δs>60mm，以及设计温度低于-30度且δs>40mm的低温钢。
焊缝金属冲击数量为6个。
4）、一般只进行焊缝金属的冲击试验，但对设计温度≤-20度的低温设备，还应增加热影响区的冲击试验。
5．室温拉伸试验
5.1国内材料根据GB/T228标准。
5.1.1试样的形状件图5所示
注；1.四面机加工的巨型横截面试样仲截试验时其表面粗糙度应不大于0.8
2.试样头部形状仅为示意性。
3.上图示图横截面试样（一般采用标准中P4）Lc≥Lo+d/2仲裁试验；Lo+2d
4.上图矩形横截面试样（一般采用标准中P10）Lc≥Lo+1.5√So仲裁试验Lo+2√So
图5板材拉伸试样形状图
5.1.2试样的制备
机加工试样的横向尺寸公差应符合表3的规定要求。
5.1.3原始横截面积（So）的测定
a应根据测量的原始试样尺寸计算原始横截面积，测量每个尺寸应准确到±0.5%。
b对于圆形横截面试样，应在标距地两端及中间三处两个相互垂直的方向测量直径，取其算术平均值，取用三处得得最小横截面积按照So＝1/4πd²计算。
c.对于矩形横截面试样。
应在标距的两端及中间三处测量宽度和厚度，取用三处测得的最小横街面积，按照So=ab计算。
表3试样横向尺寸公差
名称
标称横向尺寸
尺寸公差
形状公差
机加工的图形横截面积直径
3
±0.05
0.02
>3~6
±0.06
0.03
>6~10
±0.07
0.04
>10~18
±0.09
0.04
>18~30
±0.10
0.05
四面机加工的矩形横截面试样的横向尺寸
相同于圆形横截面试样的直径公差
相对两面机加工的矩形横截面试样横向尺寸
3
±0.1
0.05
>3~6
>6~10
±0.2
0.1
>10~18
>18~30
±0.5
0.2
>30~50
5.1.4试验要求；
5.1.4.1试验前检查万能材料试验机是否处于完好状态，并在校准期之内。
5.1.4.2按《万能材料试验机操作规程》进行操作。
5.1.4.3确定试验速度
a.从弹性范围直至上屈服强度，试验机夹头的分离速度应尽可能保持恒定并在表4规定的应力速率范围内。
若仅测定下屈服强度，试样工作屈服期间的应变速率应在0.00025/s～0.0025/s之间。
工作段的应变速率应尽可能保持恒定。
如试验机无能力测量或控制应变速率，应通过调节即将开始前的应力速率来控制，在屈服完成之前不再调节试验机的控制。
b.在测定规定非比例延伸强度（Rp）、规定总延伸强度（Rt）和规定残余延伸强度（Rr）时，在塑性范围直至上述规定强度，其应变速率应不超过0.0025/s。
c.若仅测定抗拉强度，在弹塑性范围内，试样工作段的应变速率可达到0.008/s。
表4试验规定的应力速率
材料弹性模量E/（N/mm.mm）
应力速率/（N/mm.mm）/S
最小
最大
<150000
2
20
≥150000
6
60
5.1.4.4强度指标测定
a.上、下屈服强度的测定
①对有明显屈服想象的材料，应测定其上、下屈服强度；无明显屈服想象的材料，按要求（一般0.2%）测定规定非比例延伸强度或规定残余延伸强度。
②测定有两种：
一、图示法；二、指针法。
仲裁试验应采用图示法规定。
上、下屈服强度。
这里重点介绍指针法测定：
试验过程中，读取力值刻度盘上指针首次回转前的最大力Feh;不计初始瞬时效应是的最小力Fe∠或试验机首次停转的恒定力Fe∠，将其分别除以试样原始截面s。
即可以得到上、下屈服强度。
见公式：
Reh=Feh/s0（N/MM2）；Re∠=Fe∠/s0（N/MM2）。
b.抗拉强度的测定：
从测力盘上读取屈服阶段结束后试验过程中的最大力值Fm、将其除以试样截局积s。
即得到抗拉强度Pm。
其公式为：
Rm=Fm/s。
（N/MM2）
5.1.4.5断后伸长率（A）测定：
将拉断的试样紧密地对接在一起，尽量使试样轴线位于一直线上，并采取适当措施（例如：
通过螺丝施加压力），使试样断裂部分适当接触。
测量采取分辨率优于0.1mm的量具。
将测量得到的数值∠a减去试样原始标距∠0（一般情况下，矩形截面短比例试样∠0=5.65。
圆截面短比例试样∠0=sd）后，在除以试样原始标距∠0，即得到断后延伸率A。
其公式为：
A=（Lu-L0）/∠0×100%
5.2焊接工艺评定及产品焊按试板拉伸试验
5.2.1焊按工艺评定和产品焊按试板拉伸试验分别依据NB/T47014和NB/T47016标准，两者区别见表1与表2.
5.2.2取样和加工要求
a.试样的焊缝余高应以机械方法去除，使之与母材齐平。
试样厚度应等于或接近母材厚度T。
b.厚度小于或等于30mm的试件，采用全厚度试样进行试验。
c.当试验机收能力限制不能进行全厚度的拉伸试验时，则可将试件在厚度方向上均匀分层取样，等分后制取试样厚度应接近试验机所能试验的最大厚度。
等分后的两片或多片试样试验代替一个全厚度试样的实验。
5.2.3试样尺寸如图6所示。
a—试样厚度，mm
b—试样受拉伸平行侧面宽度，大于或等于25mm
hk—焊缝最大宽度，mm
L1—夹持部分长度，根据试验机夹具所定，mm
L—试板长度
图6拉伸试样
5.2.4试验方法
拉伸试验按GB/T228规定的试验方法测定焊接接头的抗拉强度。
5.2.5合格指标
a.试样母材为同种钢号时，每个试样的抗拉强度应不低于母材钢号标准规定值的下限值。
b.试样母材为两种钢号时，每个试样的抗拉强度应不低于两种钢号标准规定值的较低值。
c.同一厚度方向上的两片后多片试样拉伸试验结果平均值应符合上述要求，且单片试样如果断在焊缝或溶合线以外的母材上，其最低值不得低于母材钢号标准规定值下限的95%（碳素钢）或97%（低合金钢和高合金钢）。
6.弯曲试验
6.1板材弯曲试验，国内材料依据GB/T232标准。
6.1.1试样
a.试样应通过机加工去除由于剪切或火焰切割等影响了材料性能的部分。
b.试样表面不得有划痕和损伤。
矩形横截面试样的棱边应倒圆，倒圆半径不超过试样厚度的1/10。
棱边倒圆时不应形成影响试验结果的横向毛刺、伤痕或刻痕。
C）试样宽度应按照相关产品标准的要求。
如未具体规定试样宽度应在20～50mm之间。
d）试样厚度应按照相关产品标准的要求。
如未具体规定，应按照以下要求。
i．对于产品厚度不大于25mm时，试样厚度应为产品的厚度；
ii．产品厚度大于25mm时。
试样厚度可以机加工减薄至不小于25mm，并应保留一侧原表面。
弯曲试验时试样保留的原表面应位于受拉变形一侧。
f）非仲裁试验该协议可以大于c）、d）条规定的厚度和弧度试样进行试验。
e）试样长度应根据试样厚度和所使用的试验设备确定。
一般可以按照L＝0.5π（d+a）+140mm，式中；π为圆周率，其值取3.1；a为试样厚度；d为弯曲压头或弯心直径。
6.1.2试样程序
a）试验一般在10-35℃的室温范围内进行。
对温度要求严格的试验，试验温度应为23℃±5℃。
b）试样弯曲至规定弯曲的试验，应将试样放于两支辊（见图7）上，试样轴线应与弯曲压头轴线垂直，弯曲压头在支座之间的中点处对试样连续施加力使其弯曲，直至达到规定的弯曲角度。
如不能直接达到规定的弯曲角度，应将试样置于两平行压板之间（见图8），连续施加压其两端使进一步弯曲，直至达到规定的弯曲角度。
c）弯曲试验时，应缓慢施加弯曲力。
l—支辊间距
d—弯曲压头或弯曲半径
a—弯曲角度
δ—试样厚度
L—试样长度
图7.两辊弯曲装置
6.1.3试验结果评定
a）应按照相关产品标准的要求评定弯曲试验结果。
如未规定具体要求，弯曲试验后试样外表面无肉眼可见裂纹应评定为合格。
b）相关产品标准规定的弯曲角度以作为最小值；规定的弯曲半径以作为最大值。
6.2焊接工艺评定和产品焊接试板弯曲试验。
6.2.1焊接工艺工艺评定和产品焊接试板弯曲试验分别依据NB/T41014和NB/T47016标准。
两者取样数量分别见表1和表2.
6.2.2试样加工要求
a）试样的焊缝余高应采用机械方法去除，面弯、背弯的拉伸表面应齐平。
b）试样的棱角应倒圆，圆角的半径不得大于2mm
6.2.3试样形式
a）焊接工艺评定面弯和背弯试样见图9
当试件厚度T≤10mm时，试样厚度S与T相等或接近时；T＞10mm时，S＝10mm，从试样受压面加工去除多余厚度。
b）产品焊接试板面弯和背弯试样见图10.当δs为10-20mm,且采用面弯和背弯试样时，试样的厚度为试板的厚度，即a＝δs.
c）横向测弯试样见图11.
当焊评试件厚度T为10-38mm时，试样宽度等于试件厚度。
当焊评试件厚度大于38mm时，允许沿试件厚度方向分层切成宽度为20-38mm等宽的两片或多片试样的试验代替一个全厚度侧弯试样的试验。
当产品焊接试样厚度超过试验机压头的厚度（或支辊的长度），可沿板厚方向切成能在试验机上试验的多片试样，并对没片试样进行侧弯试验。
（a）板材试件的面弯试样
（b）板材试件的背面试样
1）试样长度l≈D＋100，mm（式中D-弯心直径，mm）
2）板材试样宽度B＝38mm
3）试样拉伸面棱角R≤2mm
图9焊评面弯和背面试样
图10产品焊接试板面、背面试样
图11横向侧弯试样
6.2.4焊评试验方法。
a）弯曲试验按GB/T232和表5规定的试验方法测定焊接接头的完好性和塑性。
表5弯曲试验尺寸规定
试样厚度
弯曲直径D（mm）
支座距离mm
弯曲角度度
<10
4δ
6δ+3
180
10
40
63
b）试样的焊缝中心应对准弯心轴线，侧弯试验时，若试样表面存在缺陷，则以缺陷较严重一侧作为拉伸面。
c）对于拉伸长率S标准和技术文件规定值下限小于20％的母材，若弯曲试验不合格而其实测值δ＜20％，则允许加大弯心直径重新进行试验，此时弯心直径等于s（200-δ）/2δ（δ为伸长率的规定值下限），支座间距离等于弯心直径加上（2δ+3）mm。
6.2.5产品焊接试板弯曲试验方法。
a）弯曲试验按GB/T232和表6规定。
表6弯曲试验参数
试样厚度mm
弯心直径D.mm
支座距离.mm
弯曲角度.度
a
4a
6a+3
180
b）试样的焊缝和热影响区应包括在弯曲变形范围内，横向弯曲。
试样的弯曲中心应对准焊缝中央。
c）当焊接接头两侧的母材或母材与溶敷金属的强度相差较大或延伸率的显不同时，可以纵弯试样进行试验。
纵弯试样见图12，但当焊缝较宽时，试样宽度可相应增大。
6.2.6.焊评核产品焊缝试板合格指示。
试样弯曲到规定的角度后，其拉伸上沿任何方向不得有单条长度大于3mm的裂纹或缺陷，试样的棱角开裂一般不计，但由夹渣或其它焊接缺陷引起的棱角开裂长度应计入。
若采用两片或多片试样时，每片试样都应符合上达要求。
图12纵向弯曲试样
7冲击试验
7.1板材冲击试验，国内材料依据GB/T229标准7.1.1样坯的切取
在各种产品不同方向和位置上切取冲击样坯时，会得到差异不同的试验结果，尤其对截面尺寸较大的条钢。
型钢和钢板不同的位置，KV值差别很大。
沿钢板轧制方向取样（纵向试样），垂直于轧制方向开缺口，KV值较高；垂直于钢板轧制方向取样（横向式样），顺着轧制方向开缺口，KV值较低。
因此，冲击样坯得切去应按产品标准或图2的规定进行。
7.1.2试样
a、标准尺寸冲击试样长度为５５mm，横截面为10mm×10mm方形截面。
在试样长度中间有V型或U缺口，V型缺口应有45。
夹角，其深度为2mm，底部曲率半径为0.25mm（见图13a和表7）；U型缺口深度应为2mm或5mm（除非另有规定），底部曲率半径为1mm（见图13b和表7）。
b、如试料不够制备标准尺寸试样，可使用宽度7.5mm、5mm、或2.5mm的小尺寸试样（见图13和表7）
c、试样表面粗糙度Ra应优于5mm，端部除外。
d、对于需热处理的试验材料，应在最后加工前进行热处理，除非已知两者顺序改变不导致性能的差别。
e、对缺口的制备应仔细，以保证缺口根部出没有影响吸收能的加工痕迹。
f、缺口对称面应垂直于试样纵向轴线（见图13）。
g、试样尺寸及偏差应符合图13和表7。
h、试样制备过程应使由于过热或冷加工硬化而改变材料冲击性能的影响减至最小。
图13
注：
符号l、h、w和数字1～5的尺寸见表7
表7试样的尺寸和偏差
名称
符号和序号
V形坡口试样
U形坡口试样
公称尺寸mm
机加工偏差mm
公称尺寸mm
机加工偏差mm
长度
l
55
±0.60
55
±0.60
高度a
h
10
±0.075
10
±0.11
宽度a
w
标准试样
10
±0.11
10
±0.11
小试样
7.5
±0.11
7.5
±0.11
小试样
5
±0.06
5
±0.06
小试样
2.5
±0.04
——
——
缺口角度
1
45度
±2度
——
——
缺口底部高度
2
8
±0.075
8//5
±0.09
缺口底部半径
3
0.25mm
±0.025
1
±0.07
缺口对称面一端距离a
4
27.5mm
±0.42
27.5
±0.42
缺口对称面一式样纵轴角度
_
90度
±2度
90度
±2度
试样纵向面夹角
5
90度
±2度
90度
±2度
a.除端部外，试样表面粗糙度应优于Ra5mm。
b.如规定其它高度，应规定相应偏差。
c.对自动定位试样的试验机，建议偏差±0.165mm代替0.42mm
7.1.3试验程序
7.1.3.1一般要求
试样应紧贴试验机占座，锤刃沿缺口对称面打击试样缺口的背面，试样缺口对称面偏离两占座间的中点应不大于0.5mm！
试验前应检查摆锤空打时的回零差或空截能耗。
试验前应检查占座跨距，占座跨距应保证在40+0.2mm以内，
7.1.3.2试验温度
a、对于试验温度有规定的，应在规定温度±2℃范围内进行，如果没有规定，室温冲击试验应在23℃±5℃范围进行。
b、当使用液体介质冷去试样时，试样应放置于一容器中的网栅上，网栅至少高于容器底部25mm，液体浸过试样的高度至少25mm，试样距容器侧壁至少10mm。
应连续均匀搅拌介质以使温度均匀。
测定介质温度的仪器推荐置于一组试样中间处。
介质温度应在规定温度±1℃以内，保持至少5min。
7.1.3.3试样的转移。
当试验不在室温进行时，试样从低温装置中移出至打断的时间应不大于5s。
同时可考虑采用过冷试样的方法补偿温度损失，冷过度（见表8）。
7.1.3.4试验结果。
读取每个试样的冲击吸收能量，应至少读到0.5T或0.5个标度单位（取两者之间最小值）。
试验结果至少应保留两位有效数字，修向方法按GB/T8170执行。
表8过冷温度补偿值
-192~-100
3~~4
-100~-60
2~~3
-60~~0
1~~2
7.2焊评冲击试验，依据NB/T41014标准。
7.2.1试样
a、试样取向，试样纵轴应垂直于焊缝轴线，缺口轴线垂直于母材表面。
b、取样位置：
在试件厚度上的取样位置见图14。
1、T≤60mm是，t1≈1～2mm；当＞60mm时，t2=T/4。
2、双面焊时。
t2从后焊面的刚才表面测量。
图14冲击试样位置图
c、焊缝区试样的缺口轴线应位于焊缝中心线上。
d、热影响区试样的缺口轴线至试样轴线与熔合线交点的距离大于零，且应尽可能多的通过热影响。
7.2.2试样尺寸和试验方法应符合7.1规定。
7.2.3合格指标
每个区3个试样为一组的常温的冲击吸收功平均值应符合图样或相关技术文件规定，且不得小于27J，至多允许有1个试样的冲击吸收功低于规定值，但不低于规定值的70%。
7.3产品焊按试板冲击试验，依据NB/T47016标准。
7.3.1冲击试样的形式和尺寸按7.1规定。
7.3.2试样
7.3.2.1试样的取向，位置符合7.2.1a～b规定。
7.3.2.2当钢材标准抗拉强度下限Rm≤540mpa时，在最后焊道的焊缝侧，以距钢板表面1～2mm为冲击试样的上表面，取一组焊缝金属的冲击试样（图15中的I组）
7.3.2.3钢材标准抗拉强度下限Rm≤540mpa和Cr-Mo钢，且试板厚度§s＞60mm，以及设计温度低于-30℃，且§s＞40mm的低温钢，取两组焊缝金属的冲击试样。
一组在最后焊道侧距钢板表面1～2mm处；一组在钢板另一侧表面和1/2板厚之间（即以另一侧1/4板厚处为冲击试样的纵轴）截取（如图15中的I和II两组）。
图15焊缝金属冲击试样的截取
7.3.3试验方法
根据图样要求进行常温
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