第2章焊接性及其試驗評定

1、第第2章章 焊接性及其試驗評定焊接性及其試驗評定_ _2.1 焊接性及影響因素焊接性及影響因素_ 2.1.1 焊接性概念焊接性概念_ 2.1.2 影響焊接性的因素影響焊接性的因素_2. 2 焊接性試驗的內(nèi)容及評定原則焊接性試驗的內(nèi)容及評定原則_ 2.2.1 焊接性試驗的內(nèi)容焊接性試驗的內(nèi)容_ 2.2.2 評定焊接性的原則評定焊接性的原則_ 2.2.3 焊接性評定方法分類焊接性評定方法分類_2. 3 焊接性的評定及試驗方法焊接性的評定及試驗方法_ 2.3.1 焊接性的間接評定焊接性的間接評定_ 2.3.2 焊接性的直接試驗方法焊接性的直接試驗方法_2.1.1 焊接性（焊接性（Weldabilit

2、y）概念）概念定義：焊接性是指同質(zhì)材料或異質(zhì)材料在制造工藝定義：焊接性是指同質(zhì)材料或異質(zhì)材料在制造工藝 條件下，能夠焊接形成條件下，能夠焊接形成完整接頭完整接頭并滿足預(yù)期并滿足預(yù)期 使用要求使用要求的能力。的能力。 焊接性是材料焊接加工的適應(yīng)性，指材料在一定焊接性是材料焊接加工的適應(yīng)性，指材料在一定的焊接工藝條件下（包括焊接方法、焊接材料、焊接的焊接工藝條件下（包括焊接方法、焊接材料、焊接參數(shù)和結(jié)構(gòu)形式等），獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的參數(shù)和結(jié)構(gòu)形式等），獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度難易程度和該焊接接頭能否在使用條件下和該焊接接頭能否在使用條件下可靠運(yùn)行可靠運(yùn)行。兩個方面的含義：兩個方面的含義：1、材料在

3、焊接加工中是否容易形成接頭或產(chǎn)生缺陷、材料在焊接加工中是否容易形成接頭或產(chǎn)生缺陷 結(jié)合性能結(jié)合性能2、焊接完成的接頭在一定的使用條件下可靠運(yùn)行、焊接完成的接頭在一定的使用條件下可靠運(yùn)行 的能力的能力使用性能使用性能研究焊接性的目的：查明一定的材料在指定的焊接研究焊接性的目的：查明一定的材料在指定的焊接 工藝條件下可能出現(xiàn)的問題，以確定焊接工藝工藝條件下可能出現(xiàn)的問題，以確定焊接工藝 的合理性或材料的改進(jìn)方向。的合理性或材料的改進(jìn)方向。金屬材料焊接性是指金屬材料對焊接加工的適應(yīng)性，金屬材料焊接性是指金屬材料對焊接加工的適應(yīng)性，它包括工藝焊接性和使用焊接性。它包括工藝焊接性和使用焊接性。1、工藝焊

4、接性和使用焊接性、工藝焊接性和使用焊接性1）工藝焊接性就是一定的材料在給定的焊接工藝條件）工藝焊接性就是一定的材料在給定的焊接工藝條件 下對形成焊接缺陷的敏感性，涉及焊接制造工藝過下對形成焊接缺陷的敏感性，涉及焊接制造工藝過 程中的焊接缺陷問題，如裂紋、氣孔、斷裂等。程中的焊接缺陷問題，如裂紋、氣孔、斷裂等。 它不是金屬材料本身所固有的性能，但取決于它不是金屬材料本身所固有的性能，但取決于金屬的成分和性能，并且隨著焊接方法、焊接材料金屬的成分和性能，并且隨著焊接方法、焊接材料和工藝措施的發(fā)展而變化和工藝措施的發(fā)展而變化2、冶金焊接性和熱焊接性、冶金焊接性和熱焊接性2）使用焊接性指一定材料在規(guī)定

5、的焊接工藝條件下）使用焊接性指一定材料在規(guī)定的焊接工藝條件下 所形成的焊接接頭適應(yīng)使用要求的能力，涉及焊所形成的焊接接頭適應(yīng)使用要求的能力，涉及焊 接接頭的使用可靠性問題。接接頭的使用可靠性問題。在焊接接頭區(qū)域在焊接接頭區(qū)域冶金過程：影響冶金過程：影響焊縫焊縫金屬的組織和性能金屬的組織和性能熱過程：影響熱過程：影響熱影響區(qū)熱影響區(qū)的組織和性能。的組織和性能。 必須聯(lián)系工藝條件和使用性能來分析焊接性必須聯(lián)系工藝條件和使用性能來分析焊接性1）冶金焊接性）冶金焊接性 ：熔焊高溫下的熔池金屬與氣相、熔渣：熔焊高溫下的熔池金屬與氣相、熔渣 等相之間發(fā)生化學(xué)冶金反應(yīng)所引起的等相之間發(fā)生化學(xué)冶金反應(yīng)所引起的

6、 焊接性變化焊接性變化 改善方法：研制新材料，發(fā)展新焊接材料、改善方法：研制新材料，發(fā)展新焊接材料、 新焊接工藝新焊接工藝2）熱焊接性：焊接過程中要向接頭區(qū)域輸入很多熱量，）熱焊接性：焊接過程中要向接頭區(qū)域輸入很多熱量， 對焊縫附近區(qū)域形成加熱和冷卻過程，這對靠近焊對焊縫附近區(qū)域形成加熱和冷卻過程，這對靠近焊 縫的熱影響區(qū)的組織性能有很大影響，從而引起熱縫的熱影響區(qū)的組織性能有很大影響，從而引起熱 影響區(qū)硬度、韌性、耐蝕性等的變化影響區(qū)硬度、韌性、耐蝕性等的變化 改善方法：選擇適當(dāng)母材，正確選定焊接方法和改善方法：選擇適當(dāng)母材，正確選定焊接方法和 熱輸入熱輸入2.1.2 影響焊接性的因素影響焊

7、接性的因素1、材料因素、材料因素母材、焊接材料母材、焊接材料2、設(shè)計因素、設(shè)計因素焊接接頭設(shè)計焊接接頭設(shè)計3、工藝因素、工藝因素焊接方法、工藝措施焊接方法、工藝措施4、服役環(huán)境、服役環(huán)境工作溫度、工作介質(zhì)、載荷性質(zhì)工作溫度、工作介質(zhì)、載荷性質(zhì)表表2-1 常用金屬材料焊接難易程度一覽表常用金屬材料焊接難易程度一覽表表表2-22-2常用金屬材料焊接中的問題常用金屬材料焊接中的問題2.2.1 焊接性試驗的內(nèi)容焊接性試驗的內(nèi)容1、焊縫金屬抵抗產(chǎn)生、焊縫金屬抵抗產(chǎn)生熱裂紋熱裂紋的能力的能力 焊縫熔池金屬在結(jié)晶時，由于存在焊縫熔池金屬在結(jié)晶時，由于存在S、P等有害等有害元素（如形成低熔點(diǎn)的共晶物）并受到元

8、素（如形成低熔點(diǎn)的共晶物）并受到較大熱應(yīng)力較大熱應(yīng)力作用，可能在結(jié)晶末期產(chǎn)生熱裂紋。作用，可能在結(jié)晶末期產(chǎn)生熱裂紋。熱裂紋敏感指數(shù)熱裂紋敏感指數(shù)、熱裂紋試驗熱裂紋試驗2、焊縫及熱影響區(qū)抵抗產(chǎn)生、焊縫及熱影響區(qū)抵抗產(chǎn)生冷裂紋冷裂紋的能力的能力 在焊接熱循環(huán)作用下，焊縫及熱影響區(qū)由于組在焊接熱循環(huán)作用下，焊縫及熱影響區(qū)由于組織、性能發(fā)生變化，加之受焊接應(yīng)力作用以及擴(kuò)散織、性能發(fā)生變化，加之受焊接應(yīng)力作用以及擴(kuò)散氫的影響，可能產(chǎn)生冷裂紋（或延遲裂紋）氫的影響，可能產(chǎn)生冷裂紋（或延遲裂紋）間接計算、焊接性試驗間接計算、焊接性試驗3、焊接接頭抗、焊接接頭抗脆性斷裂脆性斷裂的能力的能力 受焊接冶金反應(yīng)、熱

9、循環(huán)、結(jié)晶過程的影響，受焊接冶金反應(yīng)、熱循環(huán)、結(jié)晶過程的影響，可使焊接接頭的某一部分或整體發(fā)生脆化（韌性可使焊接接頭的某一部分或整體發(fā)生脆化（韌性急劇下降），尤其對在低溫使用下的焊接結(jié)構(gòu)影急劇下降），尤其對在低溫使用下的焊接結(jié)構(gòu)影響更大。響更大。表表2-3 2-3 合金結(jié)構(gòu)鋼焊接性分析時應(yīng)考慮的問題合金結(jié)構(gòu)鋼焊接性分析時應(yīng)考慮的問題金金 屬屬 材材 料料焊接性重點(diǎn)分析的內(nèi)容焊接性重點(diǎn)分析的內(nèi)容熱軋及正火鋼熱軋及正火鋼低碳調(diào)質(zhì)鋼低碳調(diào)質(zhì)鋼中碳調(diào)質(zhì)鋼中碳調(diào)質(zhì)鋼珠光體耐熱鋼珠光體耐熱鋼低溫鋼低溫鋼合合 金金 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 鋼鋼冷裂紋、熱裂紋、消除應(yīng)力裂紋、層狀撕裂、熱影響區(qū)脆化冷裂紋、熱裂紋、消除應(yīng)力

10、裂紋、層狀撕裂、熱影響區(qū)脆化冷裂紋、根部裂紋、熱裂紋、熱影響區(qū)脆化、熱影響區(qū)軟化冷裂紋、根部裂紋、熱裂紋、熱影響區(qū)脆化、熱影響區(qū)軟化熱裂紋、冷裂紋、熱影響區(qū)脆化、熱影響區(qū)回火軟化熱裂紋、冷裂紋、熱影響區(qū)脆化、熱影響區(qū)回火軟化冷裂紋、熱影響區(qū)硬化、消除應(yīng)力裂紋、蠕變強(qiáng)度、持久強(qiáng)度冷裂紋、熱影響區(qū)硬化、消除應(yīng)力裂紋、蠕變強(qiáng)度、持久強(qiáng)度低溫缺口韌性、冷裂紋低溫缺口韌性、冷裂紋4、焊接接頭的使用性能、焊接接頭的使用性能力學(xué)性能、耐腐蝕性、低溫鋼的低溫沖擊韌度、力學(xué)性能、耐腐蝕性、低溫鋼的低溫沖擊韌度、耐熱鋼的高溫蠕變強(qiáng)度或持久強(qiáng)度、抗層狀撕裂耐熱鋼的高溫蠕變強(qiáng)度或持久強(qiáng)度、抗層狀撕裂2.2.2 評定焊

11、接性的原則評定焊接性的原則1、評定焊接接頭、評定焊接接頭產(chǎn)生工藝缺陷的傾向產(chǎn)生工藝缺陷的傾向，為制定合理，為制定合理 的焊接工藝提供依據(jù)的焊接工藝提供依據(jù) 試驗：抗裂性試驗（熱裂紋試驗、冷裂紋試驗、試驗：抗裂性試驗（熱裂紋試驗、冷裂紋試驗、 消除應(yīng)力裂紋試驗、層狀撕裂試驗）消除應(yīng)力裂紋試驗、層狀撕裂試驗）2、評定焊接接頭、評定焊接接頭能否滿足結(jié)構(gòu)使用性能的要求能否滿足結(jié)構(gòu)使用性能的要求選擇已有或設(shè)計新焊接性試驗方法應(yīng)符合下述原則：選擇已有或設(shè)計新焊接性試驗方法應(yīng)符合下述原則：1）可比性）可比性 焊接性試驗條件應(yīng)盡可能接近實際焊接時的條件焊接性試驗條件應(yīng)盡可能接近實際焊接時的條件2）針對性）針對

12、性 針對具體的焊接結(jié)構(gòu)制定試驗方案，同時試驗條件針對具體的焊接結(jié)構(gòu)制定試驗方案，同時試驗條件還應(yīng)考慮到產(chǎn)品的使用條件還應(yīng)考慮到產(chǎn)品的使用條件3）再現(xiàn)性）再現(xiàn)性 焊接性試驗的結(jié)果要穩(wěn)定可靠，具有較好再現(xiàn)性焊接性試驗的結(jié)果要穩(wěn)定可靠，具有較好再現(xiàn)性4） 經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性 消耗材料少、加工容易、試驗周期短消耗材料少、加工容易、試驗周期短2.2.3 焊接性評定方法分類焊接性評定方法分類1、模擬類方法、模擬類方法方法：熱模擬法、焊接熱方法：熱模擬法、焊接熱-應(yīng)力模擬法等應(yīng)力模擬法等 焊接熱模擬技術(shù)在測定焊接熱影響區(qū)連續(xù)冷卻焊接熱模擬技術(shù)在測定焊接熱影響區(qū)連續(xù)冷卻組織轉(zhuǎn)變圖（組織轉(zhuǎn)變圖（SHCCT圖）和研究焊

13、接冷裂紋傾向、圖）和研究焊接冷裂紋傾向、脆化傾向等方面具有十分重要的作用。脆化傾向等方面具有十分重要的作用。熱模擬試驗機(jī)：熱模擬試驗機(jī)： 模擬不同焊接方法和焊接工藝參數(shù)下的主要熱模擬不同焊接方法和焊接工藝參數(shù)下的主要熱循環(huán)參數(shù)循環(huán)參數(shù)利用熱模擬試驗機(jī)可開展下列研究工作：利用熱模擬試驗機(jī)可開展下列研究工作：1）建立模擬焊接熱影響區(qū)的連續(xù)冷卻組織轉(zhuǎn)變圖）建立模擬焊接熱影響區(qū)的連續(xù)冷卻組織轉(zhuǎn)變圖 （SHCCT） 2）研究焊接熱影響區(qū)不同區(qū)段（尤其是過熱區(qū)）的組）研究焊接熱影響區(qū)不同區(qū)段（尤其是過熱區(qū)）的組 織與性能織與性能 3）定量地研究冷裂紋、熱裂紋、再熱裂紋和層狀撕裂）定量地研究冷裂紋、熱裂紋、

14、再熱裂紋和層狀撕裂 的形成條件及機(jī)理的形成條件及機(jī)理 4）模擬應(yīng)力應(yīng)變對組織轉(zhuǎn)變及裂紋形成影響的規(guī)律）模擬應(yīng)力應(yīng)變對組織轉(zhuǎn)變及裂紋形成影響的規(guī)律例：對低合金高強(qiáng)鋼作焊接熱裂紋模擬試驗，采用 帶缺口的試樣圖圖2-1 2-1 焊后熱處理及消除應(yīng)力裂紋試驗程序焊后熱處理及消除應(yīng)力裂紋試驗程序 a a) ) 溫度循環(huán)溫度循環(huán) b b) ) 應(yīng)變循環(huán)應(yīng)變循環(huán) c c) ) 應(yīng)力循環(huán)應(yīng)力循環(huán)2、實焊類方法、實焊類方法裂紋敏感性試驗、焊接接頭的力學(xué)性能試驗、裂紋敏感性試驗、焊接接頭的力學(xué)性能試驗、低溫脆性試驗、斷裂韌性試驗、高溫蠕變及低溫脆性試驗、斷裂韌性試驗、高溫蠕變及持久強(qiáng)度試驗等持久強(qiáng)度試驗等小焊接構(gòu)

15、件：用產(chǎn)品做試驗小焊接構(gòu)件：用產(chǎn)品做試驗大型焊接構(gòu)件：焊接試樣大型焊接構(gòu)件：焊接試樣1）焊接冷裂紋試驗：斜）焊接冷裂紋試驗：斜Y型坡口對接試驗，插銷試驗、型坡口對接試驗，插銷試驗、拉伸拘束裂紋試驗（拉伸拘束裂紋試驗（TRC）、剛性拘束裂紋試驗等）、剛性拘束裂紋試驗等焊接性試驗：焊接性試驗：2）焊接熱裂紋試驗：可調(diào)拘束裂紋試驗，壓板對接）焊接熱裂紋試驗：可調(diào)拘束裂紋試驗，壓板對接（FISCO）焊接裂紋試驗等）焊接裂紋試驗等3）消除應(yīng)力裂紋試驗：斜）消除應(yīng)力裂紋試驗：斜Y型坡口消除應(yīng)力裂紋試驗，型坡口消除應(yīng)力裂紋試驗，H型拘束試驗、插銷式消除應(yīng)力裂紋試驗法等型拘束試驗、插銷式消除應(yīng)力裂紋試驗法等4

16、）層狀撕裂試驗：）層狀撕裂試驗：Z向拉伸試驗、向拉伸試驗、Z向窗口試驗等向窗口試驗等5）應(yīng)力腐蝕裂紋試驗：）應(yīng)力腐蝕裂紋試驗：U型彎曲試驗、缺口試驗等型彎曲試驗、缺口試驗等3、理論分析和計算類方法、理論分析和計算類方法1）利用物理性能分析）利用物理性能分析 材料的熔點(diǎn)、熱導(dǎo)率、線膨脹系數(shù)、密度和熱容材料的熔點(diǎn)、熱導(dǎo)率、線膨脹系數(shù)、密度和熱容量等，都會對焊接熱循環(huán)、熔化結(jié)晶、相變等產(chǎn)生影量等，都會對焊接熱循環(huán)、熔化結(jié)晶、相變等產(chǎn)生影響，從而影響焊接性。響，從而影響焊接性。2）利用化學(xué)性能分析）利用化學(xué)性能分析 與氧親和力強(qiáng)的材料（如鋁、鎂、鈦等）在與氧親和力強(qiáng)的材料（如鋁、鎂、鈦等）在焊接高溫下

17、極易氧化，需要采取較可靠的保護(hù)方焊接高溫下極易氧化，需要采取較可靠的保護(hù)方法，如采用惰性氣體保護(hù)焊或真空中焊接等，有法，如采用惰性氣體保護(hù)焊或真空中焊接等，有時焊縫背面也需要保護(hù)。時焊縫背面也需要保護(hù)。 3）利用合金狀態(tài)圖或）利用合金狀態(tài)圖或SHCCT圖分析圖分析 SHCCT反映了焊接熱影響區(qū)從高溫連續(xù)冷卻時，反映了焊接熱影響區(qū)從高溫連續(xù)冷卻時，熱影響區(qū)顯微組織和室溫硬度與冷卻速度的關(guān)系熱影響區(qū)顯微組織和室溫硬度與冷卻速度的關(guān)系 4）利用經(jīng)驗公式）利用經(jīng)驗公式碳當(dāng)量法、焊接裂紋敏感指數(shù)法、熱影響區(qū)最高碳當(dāng)量法、焊接裂紋敏感指數(shù)法、熱影響區(qū)最高硬度法等硬度法等圖圖2-3 Q2952-3 Q295

18、鋼熱影響區(qū)鋼熱影響區(qū)CCTCCT圖的臨界冷卻曲線和臨界冷卻時間圖的臨界冷卻曲線和臨界冷卻時間評定方法：評定方法：1、間接法：以化學(xué)成分、熱模擬組織和性能、焊接、間接法：以化學(xué)成分、熱模擬組織和性能、焊接 連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖（連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖（CCT圖）、焊接熱影圖）、焊接熱影 響區(qū)的最高硬度、碳當(dāng)量公式、裂紋敏響區(qū)的最高硬度、碳當(dāng)量公式、裂紋敏 感指數(shù)經(jīng)驗公式等感指數(shù)經(jīng)驗公式等2、直接試驗法：各種抗裂性試驗、對實際焊接結(jié)構(gòu)、直接試驗法：各種抗裂性試驗、對實際焊接結(jié)構(gòu) 焊縫和接頭的各種性能試驗焊縫和接頭的各種性能試驗需進(jìn)行需進(jìn)行一系列試驗一系列試驗才可能較全面闡明焊接性才可能較全面闡明焊接性2.3.1

19、 焊接性的間接評定焊接性的間接評定1、碳當(dāng)量法、碳當(dāng)量法 焊接焊接熱影響區(qū)的淬硬及冷裂紋傾向熱影響區(qū)的淬硬及冷裂紋傾向與鋼種的化學(xué)與鋼種的化學(xué)成分有密切關(guān)系，因此可以用化學(xué)成分間接地評估鋼成分有密切關(guān)系，因此可以用化學(xué)成分間接地評估鋼材冷裂紋的敏感性。材冷裂紋的敏感性。 碳對冷裂敏感性的影響最顯著碳對冷裂敏感性的影響最顯著碳當(dāng)量碳當(dāng)量（CE或或Ceq）：把鋼中合金元素的含量按相當(dāng)）：把鋼中合金元素的含量按相當(dāng)于若干碳含量折算并疊加起來，作為粗略評定鋼材冷于若干碳含量折算并疊加起來，作為粗略評定鋼材冷裂傾向的參數(shù)指標(biāo)裂傾向的參數(shù)指標(biāo)表表2-4 2-4 常用合金結(jié)構(gòu)鋼碳當(dāng)量公式常用合金結(jié)構(gòu)鋼碳當(dāng)量

20、公式 公式中的元素符號即表示該元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（后同）。公式中的元素符號即表示該元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（后同）。碳當(dāng)量法只用于對鋼材焊接性做初步分析碳當(dāng)量法只用于對鋼材焊接性做初步分析碳當(dāng)量計算公式碳當(dāng)量計算公式適用范圍適用范圍國際焊接學(xué)會（國際焊接學(xué)會（IIW）推薦）推薦CE=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5 +(Cu+Ni)/15 (%)中高強(qiáng)度的非調(diào)質(zhì)低合金高強(qiáng)度鋼中高強(qiáng)度的非調(diào)質(zhì)低合金高強(qiáng)度鋼wc0.18% b=500900Mpa日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JIS）規(guī)定）規(guī)定 Ceq(JIS)=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5 + Mo/4+V/14 (%)調(diào)質(zhì)低合金高強(qiáng)度鋼調(diào)

21、質(zhì)低合金高強(qiáng)度鋼 b= 5001000MPa化學(xué)成分化學(xué)成分wc0.20%、wsi0.55%、wMn1.5%、wCu0.5%、wNi2.5%、wCr1.25%、wMo0.7%、wV0.1%、wB0.006%美國焊接學(xué)會（美國焊接學(xué)會（AWS）推薦）推薦Ceq(AWS)=C+Mn/6+Si/24+Ni/15+Cr/5 +Mo/4+Cu/13+P/2 (%)碳鋼和低合金高強(qiáng)鋼碳鋼和低合金高強(qiáng)鋼 化學(xué)成分化學(xué)成分wc0.6%、wMn1.6%、wNi3.3%、wCr1.0%、wMo0.6%、wCu=0.5%1%、wP=0.05%0.15%注意：注意：1、使用、使用IIW推薦的碳當(dāng)量公式：推薦的碳當(dāng)量公

22、式： 板厚板厚20mm的鋼材：的鋼材： 1）當(dāng)）當(dāng)CE0.4%時，淬硬傾向不大，焊接性良好，時，淬硬傾向不大，焊接性良好， 焊前不需要預(yù)熱；焊前不需要預(yù)熱； 2）CE0.4%-0.6%時，尤其是時，尤其是CE0.5%時，鋼材時，鋼材 易淬硬，表明焊接性已變差，焊接時需預(yù)熱才易淬硬，表明焊接性已變差，焊接時需預(yù)熱才 能防止裂紋，隨板厚增大預(yù)熱溫度要相應(yīng)提高能防止裂紋，隨板厚增大預(yù)熱溫度要相應(yīng)提高2、使用日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（、使用日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JIS）的碳當(dāng)量公式時：）的碳當(dāng)量公式時： 當(dāng)當(dāng)25mm和采用焊條電弧焊時（焊接熱輸入為和采用焊條電弧焊時（焊接熱輸入為17kJ/cm），對于不同強(qiáng)度級別的鋼材規(guī)

23、定了不產(chǎn)生裂），對于不同強(qiáng)度級別的鋼材規(guī)定了不產(chǎn)生裂紋的碳當(dāng)量界限和相應(yīng)的預(yù)熱措施紋的碳當(dāng)量界限和相應(yīng)的預(yù)熱措施表表2-5 2-5 鋼材強(qiáng)度和碳當(dāng)量確定預(yù)熱溫度鋼材強(qiáng)度和碳當(dāng)量確定預(yù)熱溫度鋼材強(qiáng)度級別鋼材強(qiáng)度級別（b b/MPa）Ceq(JIS)（%）臨界值）臨界值預(yù)熱溫度（預(yù)熱溫度（）5000.46不預(yù)熱不預(yù)熱6000.52757000.521008000.621503、使用美國焊接學(xué)會（、使用美國焊接學(xué)會（AWS）推薦碳當(dāng)量公式時：）推薦碳當(dāng)量公式時：碳當(dāng)量結(jié)合焊件厚度碳當(dāng)量結(jié)合焊件厚度：圖圖2-4中查出該鋼材焊接性的優(yōu)劣等級中查出該鋼材焊接性的優(yōu)劣等級圖圖2-4 碳當(dāng)量（碳當(dāng)量（Ceq）

24、與板厚）與板厚的關(guān)系的關(guān)系-優(yōu)良優(yōu)良 -較好較好 -尚好尚好 -尚可尚可表表2-6 2-6 不同焊接性等級鋼材的最佳焊接工藝措施不同焊接性等級鋼材的最佳焊接工藝措施焊接性等級焊接性等級酸性焊條酸性焊條堿性低氫型焊條堿性低氫型焊條消除應(yīng)力消除應(yīng)力敲擊焊縫敲擊焊縫（優(yōu)良）（優(yōu)良）不需預(yù)熱不需預(yù)熱不需預(yù)熱不需預(yù)熱不需不需不需不需（較好）（較好）預(yù)熱預(yù)熱40100-10以上不預(yù)熱以上不預(yù)熱任意任意任意任意（尚好）（尚好）預(yù)熱預(yù)熱150預(yù)熱預(yù)熱40100希望希望希望希望（尚可）（尚可）預(yù)熱預(yù)熱150200預(yù)熱預(yù)熱100希望希望希望希望表表2-6中確定不同焊接性等級鋼材的最佳焊接工藝措施中確定不同焊接性等

25、級鋼材的最佳焊接工藝措施2、焊接冷裂紋敏感指數(shù)法、焊接冷裂紋敏感指數(shù)法 合金結(jié)構(gòu)鋼焊接時產(chǎn)生冷裂紋的原因除化學(xué)成分合金結(jié)構(gòu)鋼焊接時產(chǎn)生冷裂紋的原因除化學(xué)成分外，還與焊縫金屬組織、擴(kuò)散氫含量、接頭拘束度等外，還與焊縫金屬組織、擴(kuò)散氫含量、接頭拘束度等密切相關(guān)密切相關(guān)冷裂紋敏感性指數(shù)冷裂紋敏感性指數(shù)：與化學(xué)成分、擴(kuò)散氫和拘束度：與化學(xué)成分、擴(kuò)散氫和拘束度 （或板厚）相聯(lián)系（或板厚）相聯(lián)系 可用冷裂紋敏感性指數(shù)確定防止冷裂紋所需的可用冷裂紋敏感性指數(shù)確定防止冷裂紋所需的焊前預(yù)熱溫度焊前預(yù)熱溫度表表2-7 2-7 冷裂紋敏感性公式及焊前預(yù)熱溫度的確定冷裂紋敏感性公式及焊前預(yù)熱溫度的確定上式適用的成分范

26、圍為：上式適用的成分范圍為： WC=0.07%-0.22%; WSi0.60%; WMn=0.40%-1.40%; WCu0.50%; WNi1.20%; WCr1.20%; WMo0.70%; WV0.12%; WNb0.04%; WTi0.50%; WB0.005% 板厚板厚1950mm; 擴(kuò)散氫含量擴(kuò)散氫含量H1.05.0mL/100g53020601510cmSiMnCuCrNiMoVPCB Pcm冷裂紋敏感系數(shù)冷裂紋敏感系數(shù) H熔敷金屬中的擴(kuò)散氫含量熔敷金屬中的擴(kuò)散氫含量 （日本（日本JIS甘油法與我國甘油法與我國GB/T3965-1995測氫法測氫法 等效（等效（mL/100g）被

27、焊金屬板厚（被焊金屬板厚（mm） R拘束度（拘束度（MPa） HD熔敷金屬中的有效擴(kuò)散氫含量（熔敷金屬中的有效擴(kuò)散氫含量（mL/100g）有效系數(shù)有效系數(shù) 低氫型焊條低氫型焊條=0.6，HD=H 酸性焊條酸性焊條=0.48，HD=H/23、焊接熱裂紋敏感性指數(shù)、焊接熱裂紋敏感性指數(shù)1） 熱裂紋敏感系數(shù)（簡稱熱裂紋敏感系數(shù)（簡稱HCS）325100103SiNiC SPHCSMnCrMoV（）當(dāng)當(dāng)HCS4時，一般不會產(chǎn)生熱裂紋時，一般不會產(chǎn)生熱裂紋 HCS越大的金屬材料，其熱裂紋敏感性越高越大的金屬材料，其熱裂紋敏感性越高適用范圍：一般低合金高強(qiáng)鋼，包括低溫鋼和珠光適用范圍：一般低合金高強(qiáng)鋼，包

28、括低溫鋼和珠光 體耐熱鋼體耐熱鋼2）臨界應(yīng)變增長率（簡稱）臨界應(yīng)變增長率（簡稱CST）CST= (19.2C 97.2S 0.8Cu 1.0Ni + 3.9Mn + 65.7Nb618.5B + 7.0)10-4當(dāng)當(dāng)CST6.510-4時，可以防止產(chǎn)生熱裂紋時，可以防止產(chǎn)生熱裂紋 但這僅是按化學(xué)成分來考慮的但這僅是按化學(xué)成分來考慮的4、消除應(yīng)力裂紋敏感性指數(shù)法、消除應(yīng)力裂紋敏感性指數(shù)法 預(yù)測低合金結(jié)構(gòu)鋼焊接性時，根據(jù)預(yù)測低合金結(jié)構(gòu)鋼焊接性時，根據(jù)合金元素合金元素對對消除應(yīng)力裂紋敏感性的影響，采用消除應(yīng)力裂紋敏消除應(yīng)力裂紋敏感性的影響，采用消除應(yīng)力裂紋敏感性指數(shù)法進(jìn)行評定感性指數(shù)法進(jìn)行評定1）

29、G法，其計算公式為：法，其計算公式為： G = Cr + 3.3Mo + 8.1V2 (%) G0時，不產(chǎn)生消除應(yīng)力裂紋時，不產(chǎn)生消除應(yīng)力裂紋 G0時，對產(chǎn)生消除應(yīng)力裂紋較敏感時，對產(chǎn)生消除應(yīng)力裂紋較敏感WC0.1%的低合金鋼，上式可修正為：的低合金鋼，上式可修正為： G= G + 10C= Cr+3.3Mo+8.1V-2+10C (%) G2時，對消除應(yīng)力裂紋敏感；時，對消除應(yīng)力裂紋敏感； 1.5G2時，對消除應(yīng)力裂紋敏感性中等；時，對消除應(yīng)力裂紋敏感性中等； G1.5時，對消除應(yīng)力裂紋不敏感時，對消除應(yīng)力裂紋不敏感2）PSR法法 用于考慮合金結(jié)構(gòu)鋼焊接時用于考慮合金結(jié)構(gòu)鋼焊接時Cu、Nb、

30、Ti等元素對等元素對消除應(yīng)力裂紋的影響，計算公式為：消除應(yīng)力裂紋的影響，計算公式為： PSR=Cr + Cu + 2Mo + 5Ti + 7Nb + 10V2 (%)此公式適用范圍為：此公式適用范圍為： WCr1.5%；WMo2.0%；WCu1.0%； 0.10%WC0.25%；WV+WNb+WTi0.15% 當(dāng)當(dāng)PSR0時，對產(chǎn)生消除應(yīng)力裂紋較敏感時，對產(chǎn)生消除應(yīng)力裂紋較敏感5、層狀撕裂敏感性指數(shù)法、層狀撕裂敏感性指數(shù)法 層狀撕裂屬于層狀撕裂屬于低溫開裂低溫開裂，主要與鋼中，主要與鋼中夾雜物夾雜物的數(shù)量、種類和分布等有關(guān)的數(shù)量、種類和分布等有關(guān) 在對抗拉強(qiáng)度在對抗拉強(qiáng)度500-800MPa低

31、合金結(jié)構(gòu)鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼的插銷的插銷試驗和窗形拘束裂紋試驗的基礎(chǔ)上，提出下述計算試驗和窗形拘束裂紋試驗的基礎(chǔ)上，提出下述計算層狀撕裂敏感性指數(shù)的公式：層狀撕裂敏感性指數(shù)的公式：S660HcmLPP53020601510cmSiMnCuCrNiMoVPCB Pcm冷裂紋敏感指數(shù)冷裂紋敏感指數(shù) H熔敷金屬中的擴(kuò)散氫含量（用日本熔敷金屬中的擴(kuò)散氫含量（用日本JIS法測定），法測定）， （mL/100g）適用：低合金結(jié)構(gòu)鋼適用：低合金結(jié)構(gòu)鋼焊接熱影響區(qū)焊接熱影響區(qū)附近產(chǎn)生的層狀附近產(chǎn)生的層狀 撕裂撕裂 根據(jù)層狀撕裂敏感性指數(shù)根據(jù)層狀撕裂敏感性指數(shù)PL可以在圖可以在圖2-5上查出上查出插銷試驗插銷試驗Z向

32、不產(chǎn)生層狀撕裂的臨界應(yīng)力值向不產(chǎn)生層狀撕裂的臨界應(yīng)力值(Z)cr。圖圖2-5 層狀撕裂敏感性指數(shù)層狀撕裂敏感性指數(shù)PL與與(Z)cr的關(guān)系的關(guān)系6、焊接熱影響區(qū)最高硬度法、焊接熱影響區(qū)最高硬度法 焊接熱影響區(qū)的最高硬度可以相對地評價被焊焊接熱影響區(qū)的最高硬度可以相對地評價被焊鋼材的鋼材的淬硬傾向和冷裂紋敏感性淬硬傾向和冷裂紋敏感性IIW推薦采用推薦采用我國：我國：GB/T 4675.5-1984焊接熱影響區(qū)最高硬度焊接熱影響區(qū)最高硬度 試驗方法試驗方法 1）試件制備）試件制備 20mm，L=200mm，B=150mm 若若20mm，用機(jī)械加工成，用機(jī)械加工成20mm厚度，并保留一厚度，并保留一

33、個軋制面；若板厚小于個軋制面；若板厚小于20mm，不需機(jī)械加工，不需機(jī)械加工圖圖2-6 熱影響區(qū)最高硬度法試件的形狀熱影響區(qū)最高硬度法試件的形狀2）試驗條件）試驗條件焊前清理試件表面，焊試件兩端要撐架空，下面留足夠空間焊前清理試件表面，焊試件兩端要撐架空，下面留足夠空間在室溫和預(yù)熱溫度下平焊，沿試件軋制表面的中心線焊在室溫和預(yù)熱溫度下平焊，沿試件軋制表面的中心線焊l=(12510)mm焊縫，焊條直徑為焊縫，焊條直徑為4mm，焊接電流，焊接電流(17010)A，焊接速度為（焊接速度為（0.250.02）cm/s焊后試件在空氣中自然冷卻，不進(jìn)行任何焊后熱處理焊后試件在空氣中自然冷卻，不進(jìn)行任何焊后

34、熱處理3）硬度測定）硬度測定 焊后自然冷卻焊后自然冷卻12h后，垂直切割焊縫中部，在此斷后，垂直切割焊縫中部，在此斷面上截取硬度測試試樣。試樣檢測面經(jīng)金相磨制后，面上截取硬度測試試樣。試樣檢測面經(jīng)金相磨制后，腐蝕出熔合線，做出硬度測定線。腐蝕出熔合線，做出硬度測定線。圖圖2-7 測定硬度的位置測定硬度的位置一般用于焊接結(jié)構(gòu)的鋼材都應(yīng)提供其最高硬度值一般用于焊接結(jié)構(gòu)的鋼材都應(yīng)提供其最高硬度值鋼鋼 種種Pcm(%)CE(IIW)(%)最大硬度最大硬度HV非調(diào)質(zhì)非調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)非調(diào)質(zhì)非調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)非調(diào)質(zhì)非調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)Q2350.2485-0.4150-390-Q3900.2413-0.3993-400

35、-Q4200.3091-0.4943-410380(正火正火)14MnMoV0.2850-0.5117-420390(正火正火)18MnMoNb0.3356-0.5782-420(正火正火)14MnMoNbB-0.2658-0.4593-450表表2-8 2-8 常用低合金鋼的碳當(dāng)量及允許的最大硬度常用低合金鋼的碳當(dāng)量及允許的最大硬度2.3.2 焊接性的直接試驗方法焊接性的直接試驗方法直接試驗方法大多針對鋼材在焊接過程中出現(xiàn)的直接試驗方法大多針對鋼材在焊接過程中出現(xiàn)的裂紋裂紋而設(shè)計而設(shè)計表表2-9 2-9 各種金屬材料可能產(chǎn)生的焊接裂紋類型各種金屬材料可能產(chǎn)生的焊接裂紋類型注：注：常發(fā)生，常發(fā)

36、生， 有時發(fā)生有時發(fā)生1、焊接冷裂紋試驗方法、焊接冷裂紋試驗方法焊接冷裂紋：在焊后冷卻至較低溫下產(chǎn)生的一種常見焊接冷裂紋：在焊后冷卻至較低溫下產(chǎn)生的一種常見 裂紋裂紋出現(xiàn)部位：出現(xiàn)部位：低中合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接熱影響區(qū)或熔合區(qū)低中合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接熱影響區(qū)或熔合區(qū) 焊接超高強(qiáng)度鋼或某些鈦合金時，出現(xiàn)在焊接超高強(qiáng)度鋼或某些鈦合金時，出現(xiàn)在 焊縫金屬中焊縫金屬中用于評定高強(qiáng)鋼第一層焊縫及用于評定高強(qiáng)鋼第一層焊縫及熱影響區(qū)的裂紋傾向，試驗方熱影響區(qū)的裂紋傾向，試驗方法簡便，是國際上采用較多的法簡便，是國際上采用較多的抗裂性試驗方法之一，亦稱抗裂性試驗方法之一，亦稱“小鐵研小鐵研”試驗試驗焊縫焊縫熱影響區(qū)熱

37、影響區(qū)單道單道焊條電弧焊焊條電弧焊CO2焊焊特點(diǎn)特點(diǎn)拘束形式拘束形式焊接方法焊接方法試驗方法名稱試驗方法名稱焊接層數(shù)焊接層數(shù) 裂紋部位裂紋部位斜斜Y形坡口對接裂紋試驗形坡口對接裂紋試驗（GB/T4675.11984）剛性固定對接裂紋試驗剛性固定對接裂紋試驗焊條電弧焊焊條電弧焊CO2焊焊SAW此法拘束度很大，容易產(chǎn)生裂此法拘束度很大，容易產(chǎn)生裂紋，往往在試驗中發(fā)生裂紋而紋，往往在試驗中發(fā)生裂紋而在實際生產(chǎn)中不出現(xiàn)裂紋，多在實際生產(chǎn)中不出現(xiàn)裂紋，多用于大厚件用于大厚件單道或單道或多道多道焊縫焊縫熱影響區(qū)熱影響區(qū)主要用于考察多層焊時焊縫的主要用于考察多層焊時焊縫的橫向裂紋敏感性橫向裂紋敏感性窗形拘束

38、裂紋試驗窗形拘束裂紋試驗焊條電弧焊焊條電弧焊CO2焊焊單道或單道或多道多道焊縫焊縫拉伸拉伸自拘束自拘束主要用于測定熱影響區(qū)的冷裂主要用于測定熱影響區(qū)的冷裂紋傾向紋傾向自拘束自拘束熱影響區(qū)熱影響區(qū)單道單道焊條電弧焊焊條電弧焊MIG焊焊十字接頭裂紋試驗十字接頭裂紋試驗插銷試驗插銷試驗（GB/T94461988）焊條電弧焊焊條電弧焊CO2焊焊單道單道熱影響區(qū)熱影響區(qū)需專用設(shè)備，評定高強(qiáng)度鋼熱需專用設(shè)備，評定高強(qiáng)度鋼熱影響區(qū)冷裂傾向，簡便、省材影響區(qū)冷裂傾向，簡便、省材剛性拘束裂紋試驗剛性拘束裂紋試驗（RRC試驗）試驗）需專用設(shè)備，可用于研究冷裂需專用設(shè)備，可用于研究冷裂機(jī)理，臨界拘束應(yīng)力、熱輸入、機(jī)

39、理，臨界拘束應(yīng)力、熱輸入、擴(kuò)散氫含量、預(yù)熱溫度等對冷擴(kuò)散氫含量、預(yù)熱溫度等對冷裂傾向的影響裂傾向的影響需專用設(shè)備，可定量分析產(chǎn)生需專用設(shè)備，可定量分析產(chǎn)生裂紋的各種因素，如成分、含裂紋的各種因素，如成分、含氫量、拘束應(yīng)力氫量、拘束應(yīng)力焊條電弧焊焊條電弧焊CO2焊焊焊條電弧焊焊條電弧焊CO2焊焊單道單道單道單道焊縫焊縫熱影響區(qū)熱影響區(qū)焊縫焊縫熱影響區(qū)熱影響區(qū)可變拘束可變拘束拉伸拘束裂紋試驗拉伸拘束裂紋試驗（TRC試驗）試驗）表表2-10 2-10 常用的低合金鋼焊接冷裂紋試驗方法常用的低合金鋼焊接冷裂紋試驗方法1）斜）斜Y形坡口對接裂紋試驗形坡口對接裂紋試驗“小鐵研小鐵研”試驗試驗 （Y-sli

40、t Type Cracking Test，GB/T 4675.1-1984） 評定評定低合金結(jié)構(gòu)鋼焊縫及熱影響區(qū)的冷裂紋敏感性低合金結(jié)構(gòu)鋼焊縫及熱影響區(qū)的冷裂紋敏感性試件制備：試件制備：試件的尺寸和形狀如試件的尺寸和形狀如2-8圖所示圖所示板厚為板厚為938mm采用機(jī)械方法加工試件坡口采用機(jī)械方法加工試件坡口試板兩端各焊接試板兩端各焊接60mm的拘束焊縫的拘束焊縫采用雙面焊采用雙面焊試件中間待焊部位有試件中間待焊部位有2mm的間隙。的間隙。圖圖2-8 斜斜Y形坡口對接試件的形狀及尺寸形坡口對接試件的形狀及尺寸 試驗條件：試驗條件：試驗焊縫選用焊條應(yīng)與母材相匹配，并嚴(yán)格烘干試驗焊縫選用焊條應(yīng)與母

41、材相匹配，并嚴(yán)格烘干焊接參數(shù)：焊條直徑焊接參數(shù)：焊條直徑4mm，焊接電流（，焊接電流（17010）A，焊接電壓（焊接電壓（242）V，焊接速度（，焊接速度（15010）mm/min圖圖2-9 施焊時的試驗焊縫施焊時的試驗焊縫a) 焊條電弧焊試驗焊縫焊條電弧焊試驗焊縫 b) 焊絲自動送進(jìn)的試驗焊縫焊絲自動送進(jìn)的試驗焊縫 試驗焊縫可在各種不同溫度下施焊，試驗焊縫只焊一道，不試驗焊縫可在各種不同溫度下施焊，試驗焊縫只焊一道，不填滿坡口。焊后靜置和自然冷卻填滿坡口。焊后靜置和自然冷卻24h后截取試樣和進(jìn)行裂紋檢測后截取試樣和進(jìn)行裂紋檢測檢測與裂紋率計算：檢測與裂紋率計算： 用肉眼或手持用肉眼或手持5-

42、10倍放大鏡來檢測焊縫和熱影響倍放大鏡來檢測焊縫和熱影響區(qū)的表面和斷面是否有裂紋區(qū)的表面和斷面是否有裂紋計算試樣的計算試樣的表面裂紋率、根部裂紋率和斷面裂紋率表面裂紋率、根部裂紋率和斷面裂紋率：圖圖2-10 試樣裂紋長度計算試樣裂紋長度計算（圖（圖b根部、表面標(biāo)錯了?。└俊⒈砻鏄?biāo)錯了?。゛ 表面裂紋表面裂紋 b 根部裂紋根部裂紋c 斷面裂紋斷面裂紋a）表面裂紋率）表面裂紋率Cf %100fLlCflf 表面裂紋長度之和（表面裂紋長度之和（mm）；）； L試驗焊縫長度（試驗焊縫長度（mm）b）根部裂紋率）根部裂紋率Cr ：試樣先經(jīng)著色檢驗，然后將其拉斷試樣先經(jīng)著色檢驗，然后將其拉斷rr100%

43、 lCLlr 根部裂紋長度之和（根部裂紋長度之和（mm）c）斷面裂紋率）斷面裂紋率Cs ： 用機(jī)械加工方法在試驗焊縫上等分截取出用機(jī)械加工方法在試驗焊縫上等分截取出4-6塊試樣，塊試樣，檢查檢查5個橫斷面上的裂紋深度個橫斷面上的裂紋深度Hs%100ssHHCHs5個斷面裂紋深度的總和（個斷面裂紋深度的總和（mm）；）；H5個斷面焊縫最小厚度的總和（個斷面焊縫最小厚度的總和（mm） 低合金鋼低合金鋼“小鐵研小鐵研”試驗表面裂紋率試驗表面裂紋率Cf20%時，時，用于一般焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)是安全的用于一般焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)是安全的2）插銷試驗方法（）插銷試驗方法（Implant Test） 測定測定低合金鋼焊接

44、熱影響區(qū)冷裂紋敏感性的一種低合金鋼焊接熱影響區(qū)冷裂紋敏感性的一種定量試驗方法定量試驗方法 消耗材料少、試驗結(jié)果穩(wěn)定，應(yīng)用較廣泛消耗材料少、試驗結(jié)果穩(wěn)定，應(yīng)用較廣泛 插銷試驗的基本原理是根據(jù)產(chǎn)生冷裂紋的三要素插銷試驗的基本原理是根據(jù)產(chǎn)生冷裂紋的三要素（即（即鋼的淬硬傾向、焊縫含氫量及接頭的應(yīng)力狀態(tài)鋼的淬硬傾向、焊縫含氫量及接頭的應(yīng)力狀態(tài)），），定量測出被焊鋼材產(chǎn)生焊接冷裂紋的定量測出被焊鋼材產(chǎn)生焊接冷裂紋的“臨界應(yīng)力臨界應(yīng)力”作為作為冷裂紋敏感性的評定指標(biāo)冷裂紋敏感性的評定指標(biāo)試樣制備：試樣制備： 將被焊鋼材加工成圓柱形的插銷試棒，沿軋制將被焊鋼材加工成圓柱形的插銷試棒，沿軋制方向取樣并注明插銷

45、在厚度方向的位置。插銷試棒方向取樣并注明插銷在厚度方向的位置。插銷試棒的形狀如圖的形狀如圖2-14所示，各部位尺寸見表所示，各部位尺寸見表2-11。試棒。試棒上端附近有環(huán)形或螺形缺口。將插銷試棒插入底板上端附近有環(huán)形或螺形缺口。將插銷試棒插入底板相應(yīng)的孔中，使帶缺口一端與底板表面平齊，如圖相應(yīng)的孔中，使帶缺口一端與底板表面平齊，如圖2-15所示。所示。圖圖2-14 2-14 插銷試棒的形狀插銷試棒的形狀a a) ) 環(huán)形缺口插銷環(huán)形缺口插銷 b b) ) 螺形缺口插銷螺形缺口插銷圖圖1-8 1-8 插銷試棒、底板及熔敷焊道插銷試棒、底板及熔敷焊道a a）環(huán)形缺口插銷）環(huán)形缺口插銷 b b）螺形

46、缺口插銷）螺形缺口插銷表表2-11 2-11 插銷試棒的尺寸插銷試棒的尺寸 對于環(huán)形缺口的插銷試棒，缺口與端面的距離對于環(huán)形缺口的插銷試棒，缺口與端面的距離a應(yīng)應(yīng)使焊道熔深與缺口根部所截平面相切或相交，但缺口使焊道熔深與缺口根部所截平面相切或相交，但缺口根部圓周被熔透的部分不得超過根部圓周被熔透的部分不得超過20%，如圖，如圖2-16所示。所示。圖圖2-16 2-16 熔透比的計算熔透比的計算 對于低合金鋼，對于低合金鋼，a值在焊接熱輸入值在焊接熱輸入E=15kJ/cm時為時為2mm。根據(jù)焊接熱輸入的變化，缺口與端面的距離。根據(jù)焊接熱輸入的變化，缺口與端面的距離a可可按表按表2-12作適當(dāng)調(diào)整

47、。作適當(dāng)調(diào)整。E/KJcm-191013151620a/mm1.351.451.852.02.12.4表表2-12 2-12 缺口位置缺口位置a a與焊接熱輸入與焊接熱輸入E E的關(guān)系的關(guān)系圖圖2-17 2-17 底板的形狀及尺寸底板的形狀及尺寸 底板材料應(yīng)與被焊鋼材相同或熱物理常數(shù)基本一底板材料應(yīng)與被焊鋼材相同或熱物理常數(shù)基本一致。底板厚度為致。底板厚度為20mm，鉆孔數(shù)應(yīng)，鉆孔數(shù)應(yīng)4，位于底板縱向，位于底板縱向中心線上，孔間距為中心線上，孔間距為33mm。試驗過程試驗過程 按選定的焊接方法和嚴(yán)格控制的工藝參數(shù)，在底按選定的焊接方法和嚴(yán)格控制的工藝參數(shù)，在底板上熔敷一層堆焊焊道，焊道中心線通

48、過試棒的中心，板上熔敷一層堆焊焊道，焊道中心線通過試棒的中心，其其熔深應(yīng)使缺口尖端位于熱影響區(qū)的粗晶區(qū)熔深應(yīng)使缺口尖端位于熱影響區(qū)的粗晶區(qū)。焊道長。焊道長度度L約約100-150mm。 施焊時應(yīng)測定施焊時應(yīng)測定800-500的冷卻時間的冷卻時間t8/5值。值。加載：加載： 不預(yù)熱焊接時，焊后冷卻至不預(yù)熱焊接時，焊后冷卻至100-150時加載；時加載； 焊前預(yù)熱時，應(yīng)在高于預(yù)熱溫度焊前預(yù)熱時，應(yīng)在高于預(yù)熱溫度50-70時加載。時加載。 載荷應(yīng)在載荷應(yīng)在1min之內(nèi)且在冷卻至之內(nèi)且在冷卻至100或高于預(yù)熱或高于預(yù)熱溫度溫度50-70之前施加完畢。之前施加完畢。 如有后熱，應(yīng)在后熱之前加載。如有后熱

49、，應(yīng)在后熱之前加載。 承載時間：承載時間： 當(dāng)加載試棒時，插銷可能在載荷持續(xù)時間內(nèi)發(fā)生當(dāng)加載試棒時，插銷可能在載荷持續(xù)時間內(nèi)發(fā)生斷裂，記下承載時間。斷裂，記下承載時間。 在不預(yù)熱條件下，載荷保持在不預(yù)熱條件下，載荷保持16h而試棒未斷裂即可而試棒未斷裂即可卸載。卸載。 預(yù)熱條件下，載荷保持至少預(yù)熱條件下，載荷保持至少24h才可卸載。才可卸載。 可用金相或氧化等方法檢測缺口根部是否存在斷裂可用金相或氧化等方法檢測缺口根部是否存在斷裂臨界應(yīng)力臨界應(yīng)力cr： 經(jīng)多次改變載荷，可求出在試驗條件下不出現(xiàn)經(jīng)多次改變載荷，可求出在試驗條件下不出現(xiàn)斷裂的臨界應(yīng)力斷裂的臨界應(yīng)力cr。 臨界應(yīng)力臨界應(yīng)力cr可以用

50、啟裂準(zhǔn)則，也可以用斷裂準(zhǔn)可以用啟裂準(zhǔn)則，也可以用斷裂準(zhǔn)則，應(yīng)注明。則，應(yīng)注明。 根據(jù)臨界應(yīng)力根據(jù)臨界應(yīng)力cr的大小可相對比較材料抵抗產(chǎn)的大小可相對比較材料抵抗產(chǎn)生冷裂紋的能力。生冷裂紋的能力。插銷試驗特點(diǎn)：插銷試驗特點(diǎn)：1）試件尺寸小，底板與插銷材料可以不同，且底板可）試件尺寸小，底板與插銷材料可以不同，且底板可重復(fù)使用，因此試驗消耗材料少。重復(fù)使用，因此試驗消耗材料少。2）調(diào)整焊接熱輸入和底板厚度可得到不同的接頭冷卻）調(diào)整焊接熱輸入和底板厚度可得到不同的接頭冷卻速度。速度。3）插銷可從被試驗材料任意方向截取，還方便從全熔）插銷可從被試驗材料任意方向截取，還方便從全熔敷金屬中取樣來測定焊縫金屬

51、對冷裂紋的敏感性。敷金屬中取樣來測定焊縫金屬對冷裂紋的敏感性。4）試驗要求環(huán)形缺口必須位于焊縫的粗晶區(qū)，要求較）試驗要求環(huán)形缺口必須位于焊縫的粗晶區(qū)，要求較嚴(yán)格。嚴(yán)格。5）環(huán)形缺口整個圓周溫度不十分均勻，影響試驗結(jié)果）環(huán)形缺口整個圓周溫度不十分均勻，影響試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性，造成數(shù)據(jù)分散，再現(xiàn)性不是很好。的準(zhǔn)確性，造成數(shù)據(jù)分散，再現(xiàn)性不是很好。3）拉伸拘束裂紋試驗）拉伸拘束裂紋試驗 （Tensile Restraint Cracking Test, 即即TRC試驗）試驗）基本原理：模擬焊接接頭承受的平均拘束應(yīng)力，在一基本原理：模擬焊接接頭承受的平均拘束應(yīng)力，在一 定坡口形狀和一定尺寸的試板間施焊后

52、，冷卻到定坡口形狀和一定尺寸的試板間施焊后，冷卻到 規(guī)定溫度時在焊縫橫向施加一拉伸載荷并保持恒規(guī)定溫度時在焊縫橫向施加一拉伸載荷并保持恒 定，直到產(chǎn)生裂紋或斷裂。定，直到產(chǎn)生裂紋或斷裂。臨界應(yīng)力臨界應(yīng)力：通過調(diào)整載荷，求得加載：通過調(diào)整載荷，求得加載24h而不發(fā)生開而不發(fā)生開 裂的臨界應(yīng)力。裂的臨界應(yīng)力。 根據(jù)臨界應(yīng)力大小，即可評定材料冷裂紋敏感性根據(jù)臨界應(yīng)力大小，即可評定材料冷裂紋敏感性4）剛性固定對接裂紋試驗）剛性固定對接裂紋試驗 （ Restrained Butt Joint Cracking Test） 這種試驗方法主要用于測定焊縫的冷裂紋和這種試驗方法主要用于測定焊縫的冷裂紋和熱裂紋

53、傾向，也可以測定熱影響區(qū)的冷裂紋傾向，熱裂紋傾向，也可以測定熱影響區(qū)的冷裂紋傾向，適用于低合金鋼焊條電弧焊、埋弧焊、氣體保護(hù)適用于低合金鋼焊條電弧焊、埋弧焊、氣體保護(hù)焊等。焊等。5）窗形拘束裂紋試驗）窗形拘束裂紋試驗 （ Window Type Restraint Cracking Test ） 這種方法主要用于測定低合金鋼多層焊時焊縫這種方法主要用于測定低合金鋼多層焊時焊縫橫向冷裂紋及熱裂紋的敏感性，為選擇焊接材料和橫向冷裂紋及熱裂紋的敏感性，為選擇焊接材料和確定工藝條件提供試驗依據(jù)。確定工藝條件提供試驗依據(jù)。6）搭接接頭焊接裂紋試驗）搭接接頭焊接裂紋試驗（ Controlled Therm

54、al Severity，即，即CTS試驗）試驗） 這種試驗是通過熱拘束指數(shù)的變化來反映冷卻這種試驗是通過熱拘束指數(shù)的變化來反映冷卻速度對焊接接頭裂紋敏感性的影響，主要適用于低速度對焊接接頭裂紋敏感性的影響，主要適用于低合金鋼熱影響區(qū)的冷裂紋敏感性評定。合金鋼熱影響區(qū)的冷裂紋敏感性評定。2、焊接熱裂紋試驗方法、焊接熱裂紋試驗方法 焊接熱裂紋是在焊接熱裂紋是在焊接過程處在高溫下焊接過程處在高溫下產(chǎn)生的一種產(chǎn)生的一種裂紋，其特征大多數(shù)是裂紋，其特征大多數(shù)是沿原奧氏體晶界擴(kuò)展和開裂沿原奧氏體晶界擴(kuò)展和開裂。表表2-10 2-10 常用的低合金鋼焊接熱裂紋試驗方法常用的低合金鋼焊接熱裂紋試驗方法焊條電弧

55、焊焊條電弧焊CO2焊焊備注備注拘束形式拘束形式焊接方法焊接方法試驗方法名稱試驗方法名稱可變剛性裂紋試驗可變剛性裂紋試驗壓板對接（壓板對接（FISCO)焊接裂紋試驗焊接裂紋試驗焊條電弧焊焊條電弧焊可調(diào)拘束裂紋試驗可調(diào)拘束裂紋試驗焊條電弧焊焊條電弧焊CO2焊焊用途用途測定低合金鋼對接焊縫產(chǎn)測定低合金鋼對接焊縫產(chǎn)生裂紋的傾向生裂紋的傾向可變拘束可變拘束評定低合金鋼的熱裂紋敏評定低合金鋼的熱裂紋敏感性感性固定拘束固定拘束可變拘束可變拘束測定低合金鋼的熱裂紋敏測定低合金鋼的熱裂紋敏感性感性GB/T4675.419841）壓板對接（）壓板對接（FISCO）焊接裂紋試驗）焊接裂紋試驗 目的：目的：1）評定低

56、合金鋼焊縫金屬的熱裂紋敏感性）評定低合金鋼焊縫金屬的熱裂紋敏感性 2）鋼材與焊條匹配的性能試驗）鋼材與焊條匹配的性能試驗試驗裝置：試驗裝置： 在在C形夾具中，垂直方向用形夾具中，垂直方向用14個緊固螺栓以個緊固螺栓以3105N的力壓緊試板，橫向用的力壓緊試板，橫向用4個螺栓以個螺栓以6104N的力定位，把試板牢牢固定在試驗裝置內(nèi)。的力定位，把試板牢牢固定在試驗裝置內(nèi)。圖圖2-20 2-20 壓板對接（壓板對接（FISCOFISCO）試驗裝置）試驗裝置1C1C形拘束框架形拘束框架 2 2試板試板 33緊固螺栓緊固螺栓 44齒形底座齒形底座 55定位塞片定位塞片 66調(diào)節(jié)板調(diào)節(jié)板 a） 試件制備試

57、件制備 試件的坡口形狀為試件的坡口形狀為I形，厚板時可用形，厚板時可用Y形坡口，采用形坡口，采用機(jī)械加工，坡口附近表面要打磨干凈。機(jī)械加工，坡口附近表面要打磨干凈。圖圖2-21 壓板對接（壓板對接（FISCO）試板尺寸及裂紋計算）試板尺寸及裂紋計算 a) 試板尺寸試板尺寸 b) 焊縫裂紋長度計算焊縫裂紋長度計算b） 試驗步驟試驗步驟 安裝：將試件安裝在試驗裝置內(nèi)，在試件坡口的兩端安裝：將試件安裝在試驗裝置內(nèi)，在試件坡口的兩端 按試驗要求裝入相應(yīng)尺寸的定位塞片，以保證按試驗要求裝入相應(yīng)尺寸的定位塞片，以保證 坡口間隙（變化范圍坡口間隙（變化范圍0-6mm）。先將橫向螺栓）。先將橫向螺栓 緊固，再

58、將垂直方向的螺栓用指針式扭力扳手緊固，再將垂直方向的螺栓用指針式扭力扳手 緊固。緊固。施焊：按生產(chǎn)上使用的工藝參數(shù)按圖施焊：按生產(chǎn)上使用的工藝參數(shù)按圖2-21a所示順序焊所示順序焊 接接4條長度約條長度約40mm的試驗焊縫，焊縫間距約的試驗焊縫，焊縫間距約 10mm，弧坑不必填滿。，弧坑不必填滿。測量：焊后經(jīng)過測量：焊后經(jīng)過10min后將試件從裝置上取出，待試件后將試件從裝置上取出，待試件 冷卻至室溫后，將試板沿焊縫縱向彎斷，觀察冷卻至室溫后，將試板沿焊縫縱向彎斷，觀察 斷面有無裂紋并測量裂紋長度，如圖斷面有無裂紋并測量裂紋長度，如圖2-21b所示。所示。c）裂紋率計算方法）裂紋率計算方法 對

59、對4條焊縫斷面上測得的裂紋長度按下式計算其裂條焊縫斷面上測得的裂紋長度按下式計算其裂紋率，即：紋率，即：100% ifilCLCf 壓板對接（壓板對接（FISCO）試驗的裂紋率（）試驗的裂紋率（%）；）；li4條試驗焊縫的裂紋長度之和（條試驗焊縫的裂紋長度之和（mm）；）；Li4條試驗焊縫的長度之和（條試驗焊縫的長度之和（mm）2）可調(diào)拘束裂紋試驗（）可調(diào)拘束裂紋試驗（Varestraint Test） 目的：評定低合金鋼各種熱裂紋（結(jié)晶裂紋、液化目的：評定低合金鋼各種熱裂紋（結(jié)晶裂紋、液化 裂紋等）敏感性。裂紋等）敏感性。原理：在焊縫凝固后期施加一定的應(yīng)變來研究產(chǎn)生原理：在焊縫凝固后期施加一

60、定的應(yīng)變來研究產(chǎn)生 裂紋的規(guī)律。當(dāng)外加應(yīng)變值在某一溫度區(qū)間裂紋的規(guī)律。當(dāng)外加應(yīng)變值在某一溫度區(qū)間 超過焊縫或熱影響區(qū)金屬的塑性變形能力時，超過焊縫或熱影響區(qū)金屬的塑性變形能力時， 就會出現(xiàn)熱裂紋，以此來評定產(chǎn)生焊接熱裂就會出現(xiàn)熱裂紋，以此來評定產(chǎn)生焊接熱裂 紋的敏感性。紋的敏感性。3、焊接消除應(yīng)力裂紋試驗方法、焊接消除應(yīng)力裂紋試驗方法消除應(yīng)力裂紋：厚板焊接結(jié)構(gòu)，并采用含有某些沉淀消除應(yīng)力裂紋：厚板焊接結(jié)構(gòu)，并采用含有某些沉淀 強(qiáng)化合金元素的鋼材，在進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理或強(qiáng)化合金元素的鋼材，在進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理或 在一定溫度下服役的過程中，焊接熱影響區(qū)部位在一定溫度下服役的過程中，焊接熱影響區(qū)部位