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焊接接头试验
第六讲焊接接头试验
一、焊接接头力学性能试验
力学性能试验是用来测定焊接材料、焊缝金属和焊接接头在各种条件下的强度、塑性和
韧性。
首先应当焊制产品试板，从中取出拉伸、弯曲、冲击等试样进行试验，以确定焊接工
艺参数是否合适，焊接接头的性能是否符合设计的要求。
1、焊接接头的拉伸试验
焊接接头拉伸试验是以国家标准 （GB2651 一 1989）为依据进行的，该标准适用于熔焊和
压焊的对接接头。
（1）试验目的
该标准规定了金属材料焊接接头横向拉伸试验方法，用以测定焊接接头的抗拉强度。
（2）试件制备
1）接头拉伸试样的形状分为板形、整管和圆形三种。
可根据要求选用。
2）焊接接头拉伸试验用的样坯从焊接试件上垂直于焊缝轴线方向截取，并通过机械加工
制成如图 8 一 1 所示形状及表 8 一 1 所示尺寸的板接头板状试样，或制成如图 8 一 2 所示形
状及表 8 一 1 所示尺寸的管接头板状试样。
加工后焊缝轴线应位于试样平行长度的中心。
表8一1板状试样的尺寸
总长
夹持部分宽度
平行部分宽度
平行部分长度
过渡圆弧
板
管
L
B
b
b
l
r
根据实验机定
b+12
25≥
D≤76 12
D>76 20
当 D≤38 时，取整管拉伸
>Ls+60 或 Ls+12
25
注：
Ls为加工后，焊缝的最大宽度；D 为管子外径。
3）每个试样均应打有标记，以识别它在被截试件中的准确位置。
4） 试样应采用机械加工或磨削方法制备，要注意防止表面应变硬化或材料过热。
在受
试长度下范围内，表面不应有横向刀痕或划痕。
5）若相关标准和产品技术条件无规定时，则试样表面应用机械方法去除焊缝余高，使其
与母材原始表面齐平。
6）通常试样厚度仅应为焊接接头试件厚度。
如果试件厚度超过 3Omm 时，则可从接头不
同厚度区取若干试样以取代接头全厚度的单个试样，但每个试样的厚度应不小于 3Omm，且
所取试样应覆盖接头的整个厚度 （见 GB2649）。
在这种情况下，应当标明试样在焊接试件厚
度中的位置。
7）对外径小于等于 38mm 的管接头，可取整管作拉伸试样，为使试验顺利进行，可制作
塞头，以利夹持，如图 8-3 所示。
8）棒材接头选用图 8 一 4 所示圆形试样。
其中:
do=（10 土 0.2）mm；l=Ls+2D；D 和 h 由
试验机结构来定；r mm=4mm。
9）拉伸试样数量接头拉伸试样不少于 1 个； 整管拉伸试样 1 个；管接头剖条拉伸试
样不少于 2 个。
（3）评定标准
焊接接头常温拉伸试验的合格标准是焊接接头的抗拉强度不低于母材抗拉强度值的下
限较低一侧的母材规定值进行评定。
2、焊接接头的弯曲试验
焊接接头的弯曲试验是以国家标准 （GB2653-89）为依据进行的，该标准适用于熔焊和压
焊对接接头。
（1）试验目的
该标准规定了金属材料焊接接头的横向正弯及背弯试验、横向侧弯试验、纵向证弯和背
弯试验以及管材的压扁试验，用以检验接头拉伸面上的塑性及显示缺陷。
（2）试件制备
1）试件的类型焊接接头的弯曲试样按试样的长度与焊缝的相对位置可分为横向弯曲
试样和纵向弯曲试样。
按弯曲试样受拉面在焊缝中的位置可分为正弯、背弯和侧弯。
①横弯试样焊缝轴线与试样纵轴垂直时的弯曲。
②纵弯试样焊缝轴线与试样纵轴平行时的弯曲。
③正弯试样试样受拉面为焊缝正面的弯曲。
双面不对称焊缝，正弯试样的受拉面为焊
缝最大宽度面;双面对称焊缝，先焊面为正面。
④背弯试样试样受拉面为焊缝背面的弯曲。
⑤侧弯试样试样受拉面为焊缝纵剖面的弯曲。
2）弯曲试样的制备应遵守的规定
①试样的样坯从试件上截取。
横弯试样应垂直焊缝轴线截取，机械加工后，焊缝中心线
应位于试样长度的中心。
纵弯试样应平行于焊缝轴线截取。
机械加工后，焊缝中心线应位于
试样宽度的中心。
②每个试样均应打印标记，以识别它在被截试件中的准确位置。
③试样应采用机械加工或磨削方法制备，要注意防止表面应变硬化或材料过热。
在受试
长度 L 范围内，表面不应有横向刀痕或划痕。
④在试样整个长度上都应具有恒定形状的横截面。
其形状应分别符合图 8-5、图 8-6、
图 8-7 的要求。
焊缝的正、背表面均应用机械方法修整，便之与母材的原始表面平齐。
但任何咬边均不
得用机械方法去除，除非产品标准中另有规定外。
⑤试样的尺寸应符合规定。
a 横弯试样的尺寸对板材试样，试样的宽度 h 应不小于厚度。
的 1，5 倍，至少
为 2Omm。
对管材试样，试样的宽度 b 应为：
管直径≤5Omm 时，b 为 s+0.lD（最小为 lOmm）；
管直径>5Omm 时，b 为 s+0.O5D（最小为 lOmm，最大为 4Omm）。
其中，s 为管壁厚度，D 为管
子外径。
通常，试样厚度 a 应为焊接接头试件厚度。
如果试件厚度超过 2Omm，则可从接头不同
厚度区取若干试样以取代接头全厚度的单个试样。
但是，每个试样的厚度应不小于 2Omm，
且所取试样应覆盖接头的整个厚度 （见 GB2649）。
在这种情况下，应当标明试样在焊接接头
厚度中的位置。
b 侧弯试样尺寸试样厚度巳应大于或等于 lOmm，宽度 b 应当等于靠近焊接接头的母材
的厚度。
当原接头试件的厚度超过 40mm 时，则可从接头不同厚度区取若干试样以取代接头全厚
度的单个试样。
但是，每个试样的宽度 b 在 20 一 40mm 范围内，这些试样应覆盖接头的全厚
度 （见 GB2649），并标明在接头厚度中的位置。
C 纵弯试样尺寸试样尺寸如表 8-2、图 8-7 所示。
如果接头厚度超过 2Omm 时或试验机功率不够时，可在试样受压面一侧加工至 2Omm。
表 8-2纵弯试样尺寸mm
a
≤6
>6~10
>10~20
b
20
30
50
L
180
200
250
r
0.2a
0.2a
0.2a
⑥试样拉伸面上的棱角应当用机械方法加工制成半径不超过0.2a 的圆角（最大值为
3mm），其侧面的表面粗糙度应低于 Ral2.5μm。
⑦试样数量正弯、背弯、侧弯试样各不少于 1 个，纵弯试样不少于 2 个。
3）圆形压头弯曲（三点弯曲）试验法
①圆形压头弯曲试验示意如图 8-8 所示。
②在进行此试验时，将试样放在两个平行的辊子支撑上。
在跨距中间且垂直于试样表面
施加集中载荷（三点弯曲），使试样缓慢、连续地弯曲。
③压头直径 D 应符合有关标准及要求。
一般取压头直径为试件厚度的 3 倍。
④支撑辊之间的距离 l 不应大于 D+3a。
⑤当弯曲角 α（图 8 一 8）达到使用标准中规定的数值时，试验便告完成。
试验后检查
试样拉伸面上出现的裂纹或焊接缺陷的尺寸和位置。
（3）评定标准
试验结果的合格标准按钢种而定，见表 8 一 3。
表 8-3焊接接头弯曲角的台格标准
双面焊
单面焊
钢种
碳素钢、奥氏体钢
其他低合金钢、合金钢
碳素钢、奥氏体钢
其他低合金钢、合金钢
弯曲角度
180˚
100˚
90˚
50˚
试样弯曲到表 8-3 中规定的角度后，其拉伸面上如有长度大于1.5mm 的横向裂纹或缺陷，
或出现长度大于 3mm 的纵向裂纹或缺陷，则评为不合格。
试样的棱角开裂不计，但确因焊接
缺陷引起的棱角开裂的长度应进行评定。
3、焊接接头的冲击试验
焊接接头的冲击试验是以国家标准 （GB2650 一 1989）为依据进行的。
该标准适用于熔焊
和压焊对接接头。
（1）试验目的
该标准规定了金属材料焊接接头夏比冲击试验方法，用以测定焊接接头各区域的冲击吸
收功。
（2）试样制备
1）试样是以 lOmmXlOmmX55mm 带有 V 形缺口的试样为标准试样。
试样的尺寸及偏差应符
合图 8-9 所示的规定。
试样缺口底部应光滑，不得有与缺口轴线平行的明显划痕，进行冲裁
试验时，试样缺口底部的表面粗糙度应低于 Ra0.8μm。
2）试样应采用机械加工或磨削方法制备，并防止加工表面的应变硬化或材料过热。
3）试样标记不应影响支座对试样的支撑，也不得使缺口附近产生加工硬化。
一般应标记
在试样的端面、侧面域缺口背面距端面 l5mm 以内，但不得标在支撑面上。
4）缺口处若发现有肉眼可见的气孔、夹渣、裂纹等缺陷时，则不能用该试样进行试验。
5）试样的缺口铀线应当垂直焊缝表面，如图 8-10 所示。
6）试样的缺口按试验要求可分别开在焊缝、熔合线或热影响区。
其缺口的各区域位置如
图 8-11 所示。
开在热影响区的缺口轴线与熔合线的距离 t 由产品技术条件规定。
7）试样数量规定为：
焊接接头冲击试验的试样，按缺口所在位置各自不少于3 个。
（3）评定标准
常温冲击试验的合格标准为:
每个部位的 3 个试样冲击功的算术平均值不应低于母材标
准规定的最低值。
但允许其中有个试样低于规定值，但不得低于规定值的 70%。
异种钢焊接接头的冲击试验按抗拉强度较低一侧母材的冲击功规定值进行评定。
4、焊接接头硬度试验
焊接接头硬度试验是以国家标准 （GB2654-1989） 为依据进行的，该标准适用于熔焊和
压焊焊接接头和堆焊金属。
（1）试验目的
该标准规定了金属材料焊接接头的硬度试验方法，用以测定焊接接头的洛氏、布氏、维
氏硬度。
（2）试件制备
1）焊接接头的硬度试样的样坯，应在垂直于焊缝轴线方向的相应区段截取，截取的样坯
应包括焊接接头的所有区域。
2）试样的测试面与支撑面应经加工磨平并保持平行，表面粗糙度至少达到Ral.6μm。
维
氏硬度测定时，试样表面粗糙度至少要为Ra0.8μm。
对厚度小于 3nm 的焊接接头，允许在其
表面测定硬度。
3）根据所用标准和技术条件要求，可分别选用布氏、洛氏或维氏硬度计进行测定。
4）试验时，可用腐蚀剂使焊接接头各区域金属显示清晰，并按图 8-12 所示标线位置测
定硬度。
5）进行硬度试验时，为获得正确的试验结果，必须注意测量点之间的距离。
布氏硬度试
验时，相邻压痕中心的间距，不应小于压痕直径的4 倍；洛氏硬度试验时，此间距不应小于
3mm；维氏硬度试验时，则不应小于压痕对角线的 2.5 倍。
遇有测点处出现焊接缺陷时，则该点试验结果无效。
6）试样数量规定为：
焊接接头硬度试验试样不少于 1 个。
（3）评定标准
根据给定的技术文件和材料允许的硬度范围进行评定。
二、焊接性试验
焊接性试验的目的是用来评定母材焊接性能的好坏。
通过焊接性试验，可以选定适合母
材的焊接材料，确定合适的焊接工艺参数及焊后热处理工艺参数。
还可以用来研制新的焊接
材料。
焊接性试验方法很多，这里只介绍斜 Y 形坡口焊接裂纹试验这一种方法。
1、试验目的
斜 Y 形坡口对接裂纹试验又称小铁研法，适用于碳素钢和低合金钢焊接接头的冷裂纹抗
裂性能试验，是目前应用最广泛也最方便的一种方法。
2、试件制备
（1）试件的形状和尺寸
试件的形状和尺寸如图 8-13 所示。
试件的厚度不作限制，常用厚度为9 一 38mm，一般
最好用被试材料原厚度。
（2）坡口表面加工
为避免试件间隙波动以及气割表面硬化层问题，坡口加工应采用机械切削加工。
（3）试件数量
规定试件数量为：
每次试验应取 2 件。
（4）试件的焊接
按图 8-13 所示组装试件，焊好两端的拘束焊缝。
拘束焊缝采用双面焊接，注意不要产
生角变形和未焊透。
拘束焊缝采用低氢型焊条，其直径为4mm 或 5mm。
焊接前，对焊接试验
部位用比 2mm 略大的塞片插入，以保证试件间隙，焊完拘束焊缝后拆除塞片。
3、试验方法
（1）清理试验焊缝
并
在焊接试验焊缝之前要把在焊接拘束焊缝时所附着的飞溅物清除干净， 去除水滴、油、
锈等。
为此，首先可用适当的加热方法清除表面水滴、油脂。
待充分冷却后，用钢丝刷或砂
纸打磨坡口除锈，最后用丙酮洗净。
（2）选取焊条和焊接工艺参数
焊接试验焊缝，试验所用焊条原则上采用与试验钢材相匹配的焊条。
焊前对焊条要严格
进行烘干。
焊接用φ4mm 直径的焊条，焊接电流为 160 一 180A，电弧电压为 22 一 26V，焊
接速度为 15Omm/min。
（3）焊道的选择
不论板厚多少，一律只焊一道焊缝，相当于实际生产中的单道焊或多层焊中的打底焊缝。
（4）焊接操作
1）手工焊接当采用手工焊时，试验焊缝按图 8-14 所示方法焊接。
即在坡口外引弧，
收弧也须离开坡口。
2）自动焊接当采用焊条自动送进装置焊接时，按图 8-15 所示进行。
引弧和收弧均在
试验坡口内进行。
（5）焊缝的解剖
焊完的试件经 48h 以后，才能开始进行裂纹的检测和解剖。
解剖时不得采用气割方法切
取试样，要用机械切割，要避免因切割振动而引起裂纹的扩展。
4、评定方法
（1）焊缝表面裂纹的检查和计算
并
采用肉眼或其他适当的方法来检查焊接接头的表面或断面是否有裂纹， 分别计算出表
面裂纹率、根部裂纹率和断面裂纹率。
裂纹的长度和高度按图 8-16 所示进行检测，裂纹长度为曲线形状如图 8-16a 按直线长
度检测，裂纹重叠时不必分别计算。
（2）焊缝根部裂纹的检查和计算
将试件采用适当的方法着色后拉断或弯断。
然后按图 8-16b 检测根部裂纹。
（3）焊缝横断面裂缝的检查和计算
对试件的五个横断面进行断面裂纹检查。
五个横断面的位置是按试验焊缝宽度开始均匀
处与焊缝弧坑中心之间的距离四等分而确定的。
按图 8-16c 的要求测出裂纹的高度，用下式
对这五个横断面分别计算出其裂纹率，然后求出其平均值来。
Cs=Hc/H X100%
式中:
Cs---断面裂纹率，%；
H ---试样焊缝的最小厚度，mm；
Hc---断面裂纹的高度，mm。
此试验方法由于两端固定对焊缝有拘束作用，其拘束作用往往比实际结构 （如船体、球
形容器、桥梁等）的长焊缝还要大，所以一般认为只要裂纹总长小于试验焊缝长度的 20%，
在实际生产中就不致发生裂纹。
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