第一章 金屬焊接性及其試驗(yàn)方法

1、金屬材料焊接第一章金屬焊接性及其試驗(yàn)方法第一章金屬焊接性及其試驗(yàn)方法第一節(jié)金屬的焊接性第二節(jié)金屬焊接性試驗(yàn)第三節(jié)常用的焊接性試驗(yàn)方法復(fù)習(xí)思考題第一節(jié)金屬的焊接性一、金屬焊接性的概念金屬焊接性根據(jù)GB/T33751994焊接術(shù)語(yǔ)的定義為：“金屬材料在限定的施工條件下，焊接成規(guī)定設(shè)計(jì)要求的構(gòu)件，并滿(mǎn)足預(yù)定服役要求的能力”。即金屬材料對(duì)焊接加工的適應(yīng)性和使用的可靠性。根據(jù)這兩方面內(nèi)容，優(yōu)質(zhì)的焊接接頭應(yīng)具備兩個(gè)條件：即接頭中不允許存在超過(guò)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的缺陷；同時(shí)具有預(yù)期的使用性能。因此，焊接性的具體內(nèi)容可分為工藝焊接性和使用焊接性。1.工藝焊接性2.使用焊接性二、影響焊接性的因素第一節(jié)金屬的焊接性焊接

2、性是金屬材料的一種工藝性能。除了受材料本身性質(zhì)影響外，還受到工藝條件、結(jié)構(gòu)條件和使用條件的影響。(一)材料因素(二)工藝因素(三)結(jié)構(gòu)因素(四)使用條件三、分析金屬焊接性的方法除直接采用焊接試驗(yàn)的方法來(lái)確定金屬的焊接性之外，通過(guò)分析金屬的化學(xué)成分、物理性能、化學(xué)性能、相圖特點(diǎn)、連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖(CCT圖)或模擬焊接熱影響區(qū)的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖(SHCCT圖)等，均可以在某種程度上評(píng)價(jià)金屬的焊接性。(一)利用化學(xué)成分分析第一節(jié)金屬的焊接性1.碳當(dāng)量法2.焊接冷裂紋敏感指數(shù)(二)利用金屬材料的物理性能分析(三)利用金屬材料的化學(xué)性能分析(四)利用合金相圖分析(五)利用CCT圖或SHCCT圖分析第二節(jié)金屬

3、焊接性試驗(yàn)一、焊接性試驗(yàn)的內(nèi)容針對(duì)材料的不同性能特點(diǎn)和不同使用要求，焊接性試驗(yàn)包括以下內(nèi)容。(一)焊縫金屬抵抗產(chǎn)生熱裂紋的能力(二)焊縫及熱影響區(qū)金屬抵抗產(chǎn)生冷裂紋的能力(三)焊接接頭抗脆性轉(zhuǎn)變的能力(四)焊接接頭的使用性能二、焊接性試驗(yàn)方法分類(lèi)研究與評(píng)定金屬材料焊接性的試驗(yàn)方法很多，根據(jù)試驗(yàn)的內(nèi)容和特點(diǎn)主要分為工藝焊接性和使用焊接性?xún)纱蠓矫娴脑囼?yàn)，每一方面又分為直接法和間接法兩種類(lèi)型。(一)直接法試驗(yàn)第二節(jié)金屬焊接性試驗(yàn)1.直接模擬試驗(yàn)(1)焊接冷裂紋試驗(yàn)常用的有插銷(xiāo)試驗(yàn)、斜Y形坡口對(duì)接裂紋試驗(yàn)、拉伸拘束裂紋試驗(yàn)(TRC試驗(yàn))、剛性拘束裂紋試驗(yàn)(RRC試驗(yàn))等。(2)焊接熱裂紋試驗(yàn)常用的有可

4、調(diào)拘束裂紋試驗(yàn)、菲斯柯(FISCO)焊接裂紋試驗(yàn)、窗形拘束對(duì)接裂紋試驗(yàn)、剛性固定對(duì)接裂紋試驗(yàn)等。(3)再熱裂紋試驗(yàn)有H形拘束試驗(yàn)、缺口試棒應(yīng)力松弛試驗(yàn)、U形彎曲試驗(yàn)等。(4)層狀撕裂試驗(yàn)常用的有Z向拉伸試驗(yàn)、Z向窗口試驗(yàn)等。(5)應(yīng)力腐蝕裂紋試驗(yàn)有U形彎曲試驗(yàn)、缺口試驗(yàn)、預(yù)制裂紋試驗(yàn)等。第二節(jié)金屬焊接性試驗(yàn)(6)脆性斷裂試驗(yàn)除低溫沖擊試驗(yàn)外，常用的還有落錘試驗(yàn)、裂紋張開(kāi)位移試驗(yàn)(COD)以及Wells寬板拉伸試驗(yàn)等。2.使用性能試驗(yàn)(二)間接法推算三、焊接性試驗(yàn)方法的選擇原則現(xiàn)有的焊接性試驗(yàn)方法很多，隨著技術(shù)的進(jìn)步，要求的提高，焊接性試驗(yàn)方法還會(huì)不斷增加。選擇焊接性試驗(yàn)方法時(shí)一般應(yīng)遵循下列原則

5、：(一)針對(duì)性(二)可比性(三)可靠性(四)經(jīng)濟(jì)性第三節(jié)常用的焊接性試驗(yàn)方法一、斜Y形坡口焊接裂紋試驗(yàn)方法這是一種在工程上廣泛應(yīng)用的試驗(yàn)方法。該試驗(yàn)主要用于評(píng)價(jià)碳鋼和低合金高強(qiáng)度鋼焊接熱影響區(qū)的冷裂紋敏感性。其試驗(yàn)規(guī)范應(yīng)遵循GB/T467511984焊接性試驗(yàn)斜Y形坡口焊接裂紋試驗(yàn)方法。圖1-1試件的形狀和尺第三節(jié)常用的焊接性試驗(yàn)方法圖1-2焊條電弧焊的試驗(yàn)焊第三節(jié)常用的焊接性試驗(yàn)方法圖1-3焊條自動(dòng)送進(jìn)的試驗(yàn)焊第三節(jié)常用的焊接性試驗(yàn)方法(1)表面裂紋率Cf(2)根部裂紋率Cr檢測(cè)根部裂紋時(shí)，應(yīng)先將試件著色后拉斷或彎斷，然后按圖1-4b進(jìn)行根部裂紋長(zhǎng)度測(cè)量。(3)斷面裂紋率Cs在試驗(yàn)焊縫上，用

6、機(jī)械加工等分地切取46塊試樣，檢查五個(gè)橫斷面上的裂紋深度Hs，如圖1-4c。圖1-4試樣裂紋長(zhǎng)度計(jì)a)表面裂紋b)根部裂紋c)斷面裂紋第三節(jié)常用的焊接性試驗(yàn)方法二、插銷(xiāo)試驗(yàn)插銷(xiāo)試驗(yàn)是主要用于測(cè)定碳鋼和低合金高強(qiáng)度鋼焊接熱影響區(qū)對(duì)冷裂紋敏感性的一種定量試驗(yàn)方法。因試驗(yàn)消耗鋼材少，試驗(yàn)結(jié)果穩(wěn)定可靠，在國(guó)內(nèi)外都廣泛應(yīng)用。我國(guó)已制定了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，即GB/T9446 1988焊接用插銷(xiāo)冷裂紋試驗(yàn)方法。經(jīng)適當(dāng)改變，此方法還可用于測(cè)定再熱裂紋和層狀撕裂的敏感性。圖1-5插銷(xiāo)試棒缺口處于熱影響區(qū)的粗晶部a)環(huán)形缺口試棒b)螺形缺口試棒第三節(jié)常用的焊接性試驗(yàn)方法圖1-6插銷(xiāo)試棒的形a)環(huán)形缺口插銷(xiāo)b)螺形缺口插銷(xiāo)

7、第三節(jié)常用的焊接性試驗(yàn)方法圖1-7熔透比的計(jì)第三節(jié)常用的焊接性試驗(yàn)方法表1-1插銷(xiāo)試棒的尺寸表1-2缺口位置a與熱輸入E的關(guān)系第三節(jié)常用的焊接性試驗(yàn)方法1)因?yàn)樵嚰叽缧?，底板材料與插銷(xiāo)材料又不必完全相同，并且底板可重復(fù)使用，所以試驗(yàn)材料損耗小。2)調(diào)整焊接熱輸入及底板厚度，即可得到不同的冷卻速度。3)因插銷(xiāo)尺寸小，故可從被試驗(yàn)材料的任意方向取樣，也可以從全熔敷金屬中取樣用來(lái)測(cè)定焊縫金屬對(duì)冷裂紋的敏感性。4)環(huán)形缺口整個(gè)圓周溫度往往不可能達(dá)到十分均勻，這就影響試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，造成數(shù)據(jù)分散，再現(xiàn)性不很好。三、焊接熱影響區(qū)最高硬度試驗(yàn)方法焊接熱影響區(qū)最高硬度比碳當(dāng)量能更好地判斷鋼種的淬硬傾向和冷

8、裂紋敏感性，因?yàn)樗粌H反映了鋼種化學(xué)成分的影響，而且也反映了金屬組織的作用。由于該試驗(yàn)方法簡(jiǎn)單，已被國(guó)際焊接學(xué)會(huì)（IIW）納為標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)已制定了GB/T467551984，適用于焊條電弧第三節(jié)常用的焊接性試驗(yàn)方法表1-3HAZ最高硬度試件尺寸(單位：mm)第三節(jié)常用的焊接性試驗(yàn)方法圖1-8最高硬度試第三節(jié)常用的焊接性試驗(yàn)方法圖1-9測(cè)量硬度的位第三節(jié)常用的焊接性試驗(yàn)方法四、其他焊接性試驗(yàn)方法簡(jiǎn)介(一)壓板對(duì)接(FISCO)焊接裂紋試驗(yàn)法(二)剛性固定對(duì)接裂紋試驗(yàn)第三節(jié)常用的焊接性試驗(yàn)方法圖1-10壓板對(duì)接裂紋試驗(yàn)裝1C形拘束框架2試件3緊固螺栓4齒形底座5定位塞6調(diào)節(jié)板第三節(jié)常用的焊接性試驗(yàn)方法圖1-11剛性固定對(duì)接裂紋試驗(yàn)試件尺寸和形注：圖注同圖1-10。第三節(jié)常用的焊接性試驗(yàn)方法(三)Z向拉伸試驗(yàn)圖1-12Z向拉伸試驗(yàn)試件制備及尺a)試件的制取部位b)試件的形狀和尺寸第三節(jié)常用的焊接性試驗(yàn)方法圖1-13TRC試驗(yàn)機(jī)的簡(jiǎn)(四)拉伸拘束裂紋試驗(yàn)(TRC試驗(yàn))復(fù)習(xí)思考題1.何謂金屬材料的焊接性？影響金屬材料焊接性的因素有哪些？2.焊接性試驗(yàn)方法的