材料与焊接 石油化工设备技术，２０１１，３２（５）·５３· Ｐ
ｅｔｒｏ—Ｃｈｅｍ ｉｃａｌ Ｅｑｕｉｐｍ ｅｎｔ Ｔ ｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ＳＡ５ １ ６一Ｇｒ７０钢 焊 接 接 头低 温 断裂 阻 力研 究
黄 嗣罗 ，张 浩 帆 ，邱 毅 强
（茂 名重力石 化机 械 制造有限公司 ，广 东 茂 名 ５２５０２４）
摘 要 ：采 用 ＣＴＯＤ试 验 方 法 ，对 ＳＡ５１６一Ｇｒ７０低 温 钢 窄 间 隙 自动焊 焊 接 接 头 不 同 区 域 、不 同取 样 位 置
的低 温 ＣＴＯＤ断裂 阻力曲线 及其特征 值进行 了 比较 研 究，结 果表 明，焊接 接 头 中存在 着 明显 的力 学性能不
均 匀性 ；焊 缝 金 属 和 熔 合 区的低 温 断 裂 韧 性 均 优 于母 材 金 属 ；沿 板 厚 方 向 ，后 焊 区域 的 低 温 断 裂 韧 性 优 于 高
于 先 焊 区域 。
关键 词 ：低 温钢 焊 接接头 断 裂 阻力
应 用 于各 种 液 化 石油 气 、液 氨 、液 氧 、液 氮
等 生 产 、储存 容器 和输 送管 道 以及在 寒 冷地 区服
役 设 备 的低 温 钢 的研 究 ，一 直 是 工程 界 所关 注 的
焦 点 问题 ，原 因是 金 属材料 一 般 随着 环 境 温度 的
降低 ，将 由韧 性转 变 为脆 性 。 当钢材 的温度 低 于
脆 性转 变 温 度 并 且 含 有 足 够 尖 锐 的 缺 口或 缺 陷
时 ，就 有可 能 导 致低 应 力 下 的脆 性 断 裂 。这 种 断
裂 破 坏 是 突 然 发 生 的 ，并 可 能 导 致 灾 难 性 的 后
果 。钢材在 低 温下 的韧 性值 反映 了钢 材缺 口尖 端
处 的 塑性变 形 能力 和对 裂 纹 扩 展 的敏 感 性 ，即低
温 韧性 。有 资料 表 明＿１］，采 矿业 、建 筑 施 工 和 运
输 等行 业 用 的仪 器 和 设 备 随着 工 作 温 度 的 降 低
（２０～一６ｏ ｏＣ），机 器零 件产 生 裂纹 的几 率 明显 增
加 。因此作 为 低 温钢 ，很 重要 的一 个 技 术 指 标 就
是 低温 韧性 ，它 应具 有 比其他 钢种 更优 异 的性 能 ，
比如应 有足 够 的强度 抵抗 液 态或 气态 物质 对储存
容 器产 生 的压力 ；足 够 的 缺 口韧 性 以避 免 低 温脆
性 的产 生 ；如 果 裂纹 扩展 ，还必 须具 有 制止 裂纹 扩
展 的能 力 。
对 于低 温钢 的焊 接 结 构 而 言 ，上 述 问题 将 变
得 更加 突 出 ，原 因在 于 ：一 方 面 ，由于焊 接 结 构 生
产 过程 中各 种 因素 的影 响 ，加 之 焊 接 本 身 又 是一
个 复杂 的物 理化 学 冶 金 过 程 ，所 以处 于 焊 接 区 的
金属 材料 极 有可 能 产 生 一定 程 度 的力 学 性 能 （比
如其 低温 性 能）恶 化 ；另 一 方 面 ，由于 焊 接 过程 非
均匀 热循 环 的作 用 ，将 导 致 焊 接 接 头 各 区 之 间存
在极 大 的强度 和 塑 性 差 别 ，其 结 构 具 有 不 可避 免
的组 织不 均匀 性 和 力 学 不 均 匀性 ，使 焊 接接 头 在
工 作 环境 中不 仅 会 发 生 全 面屈 服 下 的断 裂 ，而 且
也会 在低 温环 境 等脆 化 因素 的作 用 下 ，发 生 小 范
围屈服 下 的断 裂破 坏 。材料 的低 温破 坏往 往是 由
细小裂 纹 引发 的脆 性断裂 ，因此 ，研 究 焊接 接头 不
同 区域在 低温 下 的 断裂 及 失 效 行 为 ，对 于 焊 接 构
件 的结 构设 计 和工 程实 际应 用都有 重要 意 义＿２］。
评 定低 温金 属 焊接接 头性 能 的关键 是对 其 韧
性 的评 定 。工程 上 测定 韧性 的试 验方 法主要 有 以
下几种 Ｌ３］：（１）低 温 冲击 韧 性 试 验 ，包 括 Ｖ 型 缺
口、Ｕ 型缺 口和 ＤＶＭ 试 样 ；（２）落锤 试 验 ；（３）全
厚 度 的大 型试验 ，包 括宽 板试 验 、双重拉 伸试 验 和
ＥＳＳＯ 试验 ；（４）断 裂 力 学 试 验 ，包 括 平 面 应 变 断
裂 韧性 Ｋ 、裂纹 尖端 张 开 位 移 ＣＴＯＤ 试 验 以及
Ｊ积 分 临 界 值 ‘， 试 验 。大 量 实 验 研 究 表 明 ＿４］，
ＣＴＯＤ断裂 韧 性 是 评 价 钢 材 和焊 接 接 头 抗 脆 断
特 性 的重要 参数 ，能 有效 准确 地 评 价 钢 材 的抗 脆
断 能力 。通过 Ａａ—ＣＴ０Ｄ曲线试 验 不 仅可 以进行
材 料韧 度选 择 ，还 可 以 为评 定 结 构 的安 全 可靠 性
提 供试 验依 据 。
基 于 ＣＴＯＤ试 验 的优越 性 ，国 内外 同行 利用
这 种方 法做 了大 量 的研 究 工 作 ，其 应 用 已 涉 及 到
工业 与 民用 建筑 、航 空航 天 、交 通运 输 、采矿 、海洋
运输 船 舶及 海洋 石油 采集 平 台等各 方 面 。对 于海
洋 采油 平 台 ，由于其设 备 制造工 艺 的复 杂性 、工作
收 稿 日期 ：２０１１－Ｏ１—１２。
作者 简 介 ：黄嗣 罗 ，男 ，２００４年毕 业 于 西 安 交 通 大学 材料 科
学与 工 程专 业，获硕 士学位 。研究 领 域为 焊 接冶 金及 失 效 分
析。 现从 事压 力 容器制 造 与质 量 控制 工 作 ，发 表论 文 ｌ７篇 ，
高级 工 程师 。
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