長(zhǎng)久以來，焊接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是建立在焊縫和母材的抗壓強(qiáng)度之上的，焊縫與母材在抗壓強(qiáng)度上的配合關(guān)系可分為三種：焊縫抗壓強(qiáng)度等于母材（等強(qiáng)匹配）、焊縫抗壓強(qiáng)度超出母材（超強(qiáng)匹配，也叫高強(qiáng)匹配）、焊縫抗壓強(qiáng)度低于母材（低強(qiáng)匹配）。

從結(jié)構(gòu)的安全可靠考慮，一般都要求焊縫抗壓強(qiáng)度至少與母材抗壓強(qiáng)度相等，即“等強(qiáng)”設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。但實(shí)際生產(chǎn)中，多是按照熔敷金屬件抗壓強(qiáng)度來選擇焊接材料，而熔敷金屬件抗壓強(qiáng)度并非是實(shí)際的焊縫抗壓強(qiáng)度。熔敷金屬件不等同于焊縫金屬件，特別是低合金高強(qiáng)度鋼用焊接材料，其焊縫金屬件的抗壓強(qiáng)度往往比熔敷金屬件的抗壓強(qiáng)度高出很多。所以，就會(huì)出現(xiàn)名義“等強(qiáng)”而實(shí)際“超強(qiáng)”的結(jié)果。

高強(qiáng)匹配是否一定靠普，答案并不一致。我國(guó)九江長(zhǎng)江大橋設(shè)計(jì)中就限制焊縫的“超強(qiáng)值”不大于98MPa；美國(guó)的學(xué)者Pelini則提出，為了達(dá)到保守的結(jié)構(gòu)完整性目標(biāo)，可采用在抗壓強(qiáng)度方面與母材相當(dāng)?shù)暮缚p或比母材低137MPa的焊縫（即低強(qiáng)匹配）；根據(jù)日本學(xué)者佐藤邦彥等人的研究結(jié)果，低強(qiáng)匹配也是可行的，并已在工程上得到應(yīng)用。但比利時(shí)學(xué)者Soete和我國(guó)張玉鳳等的觀點(diǎn)是，超強(qiáng)匹配應(yīng)該有利。顯然，涉及焊接結(jié)構(gòu)靠普的有關(guān)焊縫抗壓強(qiáng)度匹配的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，還缺乏充分的理論和實(shí)踐的依據(jù)，未有一致的的認(rèn)識(shí)。為了斷定焊接接頭更合理的設(shè)計(jì)的概念和為正確所用焊接材料提供依據(jù)，清華陳伯蠡教授團(tuán)隊(duì)承接了國(guó)家自然科學(xué)基金“高強(qiáng)鋼焊縫強(qiáng)韌性匹配倫理學(xué)研究”的項(xiàng)目。課題的研究?jī)?nèi)容有：490MPa級(jí)低屈強(qiáng)比高強(qiáng)鋼接頭的屈服應(yīng)力，690~780MPa級(jí)高屈強(qiáng)比高強(qiáng)鋼接頭的屈服應(yīng)力，無缺口焊接接頭的抗拉強(qiáng)度，深缺口試樣缺口頂端的變形行為，焊接接頭的NDT試驗(yàn)等。

大量試驗(yàn)結(jié)果得出以下結(jié)論：

1、對(duì)于抗拉伸強(qiáng)度490MPa級(jí)的低屈標(biāo)高強(qiáng)鋼，選用具備一定韌性而適當(dāng)超強(qiáng)的優(yōu)質(zhì)焊材是有利的。如果綜合焊接工藝性和使用適應(yīng)性等因素，選用具備一定韌性而實(shí)際“等強(qiáng)”的優(yōu)質(zhì)焊材應(yīng)更為合理。該類鋼對(duì)接焊縫的斷裂強(qiáng)度和斷裂行為取決于優(yōu)質(zhì)焊材的抗拉強(qiáng)度和塑韌性的綜合作用。因而，僅考慮抗拉強(qiáng)度而不考慮韌性而進(jìn)行的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并不能可靠地保證其使用安全性。

2、對(duì)于抗拉伸強(qiáng)度690~780MPa級(jí)的高屈標(biāo)高強(qiáng)鋼，其對(duì)接焊縫的斷裂特性不僅與焊道的抗拉強(qiáng)度、韌性和可塑性有關(guān)，而且受對(duì)接焊縫的不均質(zhì)性所制約，焊道過分超強(qiáng)或過分低強(qiáng)均不理想，而接近等強(qiáng)匹配的金屬接頭具備最佳的斷裂特性，按實(shí)際等強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)思對(duì)接焊縫是合理的。因而焊道抗拉強(qiáng)度應(yīng)有上限和下限的限定。

3、抗拉伸強(qiáng)度匹配系數(shù)（Sr）即優(yōu)質(zhì)焊材的熔敷金屬抗拉伸強(qiáng)度與原材質(zhì)抗拉伸強(qiáng)度之比值，它可以反映金屬接頭力學(xué)特性的不均質(zhì)性。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)Sr≧0.9時(shí)，可以認(rèn)為對(duì)接焊縫抗拉強(qiáng)度很接近原材質(zhì)抗拉強(qiáng)度。因而，生產(chǎn)實(shí)踐中采用比原材質(zhì)抗拉強(qiáng)度降低10%的優(yōu)質(zhì)焊材施焊，是可以保證金屬接頭等抗拉強(qiáng)度構(gòu)思要求的。當(dāng)Sr≧0.86時(shí)，金屬接頭抗拉強(qiáng)度可達(dá)原材質(zhì)抗拉強(qiáng)度的95%以上，這是因?yàn)榭估瓘?qiáng)度較高的原材質(zhì)對(duì)焊道金屬產(chǎn)生拘束作用，使焊道抗拉強(qiáng)度取得改善。

4、原材質(zhì)的屈標(biāo)對(duì)對(duì)接焊縫的斷裂行為有重要影響，原材質(zhì)屈標(biāo)低的金屬接頭抗脆斷能力較原材質(zhì)屈標(biāo)高的金屬接頭抗脆斷能力更好。這說明原材質(zhì)的可塑性儲(chǔ)備對(duì)金屬接頭的抗脆斷特性亦有較大的影響。

5、焊道金屬的變形行為遭受焊道與原材質(zhì)力學(xué)特性匹配情況的影響。在相同拉伸應(yīng)力下，低屈標(biāo)鋼的超強(qiáng)匹配金屬接頭的焊道應(yīng)變力較大，高屈標(biāo)鋼的低強(qiáng)匹配金屬接頭的焊道應(yīng)變力較小，對(duì)接焊縫的裂紋張開位移（COD值）也呈現(xiàn)出相同的趨勢(shì)，即低屈標(biāo)鋼的超強(qiáng)匹配金屬接頭具備裂紋頂部處易于屈服且裂紋頂部變形量更大的優(yōu)勢(shì)。

6、對(duì)接焊縫的抗脆斷特性與金屬接頭力學(xué)特性的不均質(zhì)性有很大關(guān)系，他不僅決定于焊道的抗拉強(qiáng)度，而且受焊道的韌性和可塑性所制約。優(yōu)質(zhì)焊材的選取不僅要保證焊道具備適宜的抗拉強(qiáng)度，更要保證焊道具備足夠高的韌性和可塑性，即要控制好焊道的強(qiáng)韌性匹配。

關(guān)于強(qiáng)度等級(jí)高的鋼種，要使焊道金屬與母材實(shí)現(xiàn)等強(qiáng)匹配則存在著很大的技術(shù)難度，那怕焊道強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)了等強(qiáng)，卻使焊道的塑性、韌性下降到了不能認(rèn)同的程度；抗裂特性也顯著性下降，為盡量避免焊接裂紋，施工條件的要求極為嚴(yán)謹(jǐn)，作業(yè)費(fèi)用大幅提高。

為了避免這種只追求強(qiáng)度而損害結(jié)構(gòu)整體特性，提高作業(yè)上的經(jīng)濟(jì)可靠性，不得不把強(qiáng)度降下來，采用低強(qiáng)匹配方案。如日本的潛艇用鋼NS110,它的屈服強(qiáng)度大于或等于1098MPa，而與之配套的焊條和氣保焊絲的熔敷金屬屈服強(qiáng)度則的要求大于或等于940MPa，其屈服強(qiáng)度匹配系數(shù)為0.85。采用低強(qiáng)匹配的焊接材料后，焊道的含碳及碳當(dāng)量都可以下降，這將使焊道的塑韌性獲得提高，抗裂特性獲得改善，給焊接作業(yè)帶來了方便，下降了作業(yè)方面的費(fèi)用。

另外，日本學(xué)者佐藤邦彥的很多試驗(yàn)數(shù)據(jù)證明，只要焊道金屬的強(qiáng)度不低于母材強(qiáng)度的80%，仍可確保接頭與母材等強(qiáng)，但是低強(qiáng)焊道的接頭整體伸長(zhǎng)率要低很多。在疲勞負(fù)荷作用下，如不去除焊道的余高，疲勞裂紋將產(chǎn)生在熔合區(qū)；但若去除焊道的余高，疲勞裂紋將產(chǎn)生在低強(qiáng)度的焊道之中。因此，關(guān)于低強(qiáng)焊道的運(yùn)用，應(yīng)當(dāng)結(jié)合條件進(jìn)行很多試驗(yàn)工作為宜。