焊接笔记No.9

CTOD是Crack Tip Opening Displacement的缩写，即裂纹尖端张开位移，指的是裂纹体受张开型载荷后原始裂纹尖端处两表面所张开的相对距离。该试验是一种评价材料和焊接接头抗断裂性能的有效方法。

由于CTOD试验所得值δ可以与断裂应力和断裂尺寸定量的联系起来，因此可以运用断裂力学理论和计算方法，来计算工程结构和构件中已知尺寸的裂纹失稳扩展断裂所需的应力，可以指导设计安全性分析。这也是上一篇的ECA评估需要CTOD试验值作为支撑的原因。（据我所知，之前做安全性分析只需要CTOD试验值满足设计要求值就可以了，但近些年普遍要求做ECA而CTOD只是作为一个输入数据）

夏比冲击试验取样时，是厚板薄取，分层取样，本质上相当于把厚板焊接接头中材料原本所处的三轴应力状态转变为平面应力状态。相较于夏比冲击韧性试验，CTOD可以按照实际厚度制作试样（即全厚度试样），这样既保存了原结构尺寸效应，又能很好的模拟实际的焊接条件，所测得的韧性会比较准确可靠。

附加CTOD试验的焊接工艺评定流程为，首先拟定pWPS，按照预焊接工艺焊接试板，通常焊接两块，一块制成试样做常规力学性能测试，另一块制成试样做CTOD试验和全焊缝拉伸。如果试验不合格则调整pWPS相关变量重新焊接并进行新一轮试验，如果试验合格则可将其作为正式的WPS。

在我所接触的海洋工程钢结构项目中，会用到CTOD（及ECA）来免除大于50mm的焊后热处理程序，通常材质为DH36（Z35），可以大大缩短建造工期，节省制造成本。除此之外还可以应用在FPSO的断裂与安全性评估、箱型梁建造、厚钢板的工厂和产品认证等方面。试验标准有英标BS 7448、挪威DNV OS C401、国标BG/T2358-94等，我们的项目一般要求采用英标作为标准。

下图为CTOD试验的主要步骤（通常我们会将该试验委托给天津大学）：

最后的CTOD值越大，则表示裂纹尖端材料的抗开裂性能越好，即韧性越好；反之，CTOD值越小，表示裂纹尖端材料的抗开裂性能越差，即韧性越差。

随着钢结构建造的大型化，厚壁化趋势，随着技术的不断发展（CTOD→ECA），还会有更加科学的、有效的安全性评估技术不断出现的。

*本文大部分内容来源于《厚钢板焊接接头韧性CTOD试验评定技术及应用》一文

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