第1章金屬焊接性及其試驗(yàn)方法

1、第1 章 金屬焊接性及試驗(yàn)方法1.1 金屬焊接性概述知識(shí)目標(biāo)： 理解金屬焊接性的概念、內(nèi)容以及影響金屬焊接性的因素。能力目標(biāo)： 能夠初步掌握金屬焊接性的分析方法。1.1 金屬焊接性概述1.1.1 金屬焊接性概念 材料對(duì)焊接加工工藝的適應(yīng)性，是指材料在一定的焊接工藝條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度和該焊接接頭能否在使用條件下可靠運(yùn)行的一種特性。金屬焊接性的概念具有相對(duì)性 通過比較用氧乙炔氣焊和交流氬弧焊焊接鋁合金時(shí)的焊接性可以得出下面的結(jié)論：同種材料在不同的焊接工藝下焊接性可以表現(xiàn)出很大差異1.1.2 金屬焊接性內(nèi)容工藝焊接性 使用焊接性（1）工藝焊接性定義：在一定的焊接工藝條件下，能否獲得

2、優(yōu)質(zhì)致密、無缺陷的焊接接頭的能力。 熱焊接性分類 冶金焊接性在焊接熱過程中，對(duì)焊接熱影響區(qū)的組織性能及產(chǎn)生缺陷的影響程度冶金反應(yīng)對(duì)焊接性能和產(chǎn)生缺陷的影響程度（2）使用焊接性定義：焊接接頭或整體焊接結(jié)構(gòu)滿足技術(shù)要 求條件所規(guī)定的各種使用性能的程度。包括：力學(xué)性能 低溫性能 抗脆斷性能 疲勞強(qiáng)度 耐磨性等1.1.3影響金屬焊接性的因素材料因素設(shè)計(jì)因素工藝因素服役環(huán)境因素1.1.4評(píng)定焊接性的程序根據(jù)被評(píng)定材料的有關(guān)數(shù)據(jù)和圖表對(duì)其焊接性進(jìn)行初步分析進(jìn)行焊接性實(shí)驗(yàn)實(shí)焊性試驗(yàn)?zāi)M性試驗(yàn) 1.2 金屬焊接性試驗(yàn)方法知識(shí)目標(biāo)： 1.了解金屬焊接性試驗(yàn)的重要性 2.理解金屬焊接性試驗(yàn)的內(nèi)容能力目標(biāo)： 1.能

3、夠?qū)饘俚暮附有赃M(jìn)行試驗(yàn)與分析 1.2 金屬焊接性試驗(yàn)方法1.2.1 金屬焊接性試驗(yàn)內(nèi)容（1）焊縫金屬抗熱裂紋的能力（2）焊縫及熱影響區(qū)抗冷裂紋的能力（3）焊接接頭抗脆性轉(zhuǎn)變的能力（4）焊接接頭的使用性能 1.2.2金屬焊接性試驗(yàn)方法（1）焊接性試驗(yàn)方法的選擇原則針對(duì)性 可靠性 經(jīng)濟(jì)性（2）工藝焊接性試驗(yàn)方法碳當(dāng)量估算法定義：把鋼中合金元素（包括碳）的含量按 其作用換自成碳的相當(dāng)含量 。碳當(dāng)量公式：CE CeqCE (IIW)CE=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15(%) 主要適用于中、高強(qiáng)度的非調(diào)質(zhì)低合金高強(qiáng)度鋼b=500900 MPa，c 0.18%。CE0.40%

4、時(shí)，焊接性良好CE=0.40%0.60%，特別當(dāng)大于0.5%時(shí)，鋼材易于淬硬，焊接前需預(yù)熱。CE 0.6%，焊接性差，需要嚴(yán)格制定焊接工藝。例如：已知20CrMo鋼中，WC0.20%，WMn0.5%，WCr0.90%，WMo0.20%，WNi0.030%，Wcu0.030%,根據(jù)國際焊接學(xué)會(huì)（W）所推薦的CE（W）求該鋼種的碳當(dāng)量,并判斷其焊接性。解答：根據(jù)國際焊接學(xué)會(huì)（W）所推薦的CE（W）如下：把20CrMo鋼中各個(gè)元素的含量帶入前面的公式計(jì)算可得CE（W）=0.5% 說明該鋼材的焊接性一般，為了保證焊接質(zhì)量需要一定的預(yù)熱等處理措施。Ceq(JIS) Ceq=C+Mn/6+Si/24+Ni

5、/40+Cr/5+Mo/4+V/14(%) 主要適用于低碳調(diào)質(zhì)的低合金高強(qiáng)度鋼(b=5001000 MPa)， c 0.18%。一般碳當(dāng)量值越高，焊接性越差，容易出現(xiàn)冷裂紋。焊接冷裂紋敏感系數(shù)適用于低碳微量多合金元素的低合金高強(qiáng)鋼（C%=0.07%-0.22%）Pcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5BPcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B(%) (%) Pc=Pcm+Pc=Pcm+H H/60+h/600/60+h/600或或Pc=Pcm+Pc=Pcm+H H/60+R/40000/60+R/

6、40000 Pcm-Pcm-鋼中合金元素的碳當(dāng)量，鋼中合金元素的碳當(dāng)量，% %；Pc-Pc-焊接冷裂紋敏感系數(shù)；焊接冷裂紋敏感系數(shù)；H H熔敷金屬中擴(kuò)散氫含量熔敷金屬中擴(kuò)散氫含量(ml/100g(ml/100g，甘油法；，甘油法；R R接縫拉伸拘束度接縫拉伸拘束度(kg/mm(kg/mmmm)mm)根據(jù)上面的公式可以計(jì)算出無裂紋焊縫所需預(yù)熱溫度：T0=1440Pc-392()CCT圖或SHCCT圖法根據(jù)CCT圖或SHCCT圖可以判斷在不同冷卻條件下所獲得的組織和硬度?？晒烙?jì)出在一定的焊接工藝條件下，產(chǎn)生冷裂紋或淬硬組織的可能性。 1焊接熱影響區(qū)最高硬度試驗(yàn)方法用途：判斷被焊鋼材的淬硬傾向和冷裂

7、紋的 敏感性。試件的尺寸：板厚20mm20mm 機(jī)械加工成20mm，保留一軋制面20mm 不需加工試件的形狀：焊接焊前準(zhǔn)備清理試件，并將試件架空參數(shù)1號(hào)試樣室溫下焊接2號(hào)試樣預(yù)熱溫度下焊接焊接I=17010A V=150mm/min10mm/min 焊條直徑=4mm 焊后自然冷卻12個(gè)小時(shí)取樣和檢驗(yàn)：照?qǐng)D取試樣并對(duì)其進(jìn)行研磨腐蝕取7個(gè)以上的點(diǎn)，用載荷為10kg的維氏硬度進(jìn)行測(cè)量斜Y形坡口焊接裂紋試驗(yàn)法用途：評(píng)價(jià)碳素鋼和低合金高強(qiáng)鋼打底焊縫 及熱影響區(qū)的冷裂紋傾向試樣制備：機(jī)械加工如圖試樣焊前準(zhǔn)備對(duì)焊件進(jìn)行清理并用丙酮進(jìn)行清洗參數(shù)I=170A10A U=24V2V V=150mm/min10mm

8、/min =4mm(焊前烘干)焊接先對(duì)拘束焊縫用低氫型焊條進(jìn)行對(duì)稱施焊；再焊接試驗(yàn)焊縫焊接方式試樣取樣和檢驗(yàn)：試樣焊后放置48h表面裂紋率：Cf=lf/L100%根部裂紋率：Cr= lr/L100%斷面裂紋率：Cs=Hs/H100%該試驗(yàn)條件苛刻，因此認(rèn)為裂紋率小于20%為合格插銷試驗(yàn)用途：判定冷裂紋的敏感性來測(cè)定鋼材熱影 響區(qū)的冷裂紋的敏感性。試樣：被測(cè)試樣加工成為8mm或6mm的插銷底板焊接將試樣帶有缺口的一端插入加工的底板的孔內(nèi)，其上端與底板平行，下端與加載夾頭連接。然后在底板上按規(guī)定的焊接線能量熔敷一焊道，并使其穿過插銷中心，保證缺口位置處于熱影響區(qū)的粗晶區(qū)部位。加載和判定不預(yù)熱焊后冷

9、卻到100150時(shí)預(yù)熱冷卻到高出預(yù)熱溫度5070 時(shí)加載，規(guī)定載荷應(yīng)在1分鐘內(nèi)，并在試驗(yàn)冷卻到100 或高出初始溫度5070 時(shí)加載完成后熱后熱前加載無預(yù)熱：保持試樣加載16小時(shí)不斷裂的力有預(yù)熱或預(yù)熱和后熱：保持試樣加載24小時(shí) 注：不斷裂的應(yīng)力 將試樣取下，觀察缺 口有無裂紋。沒有斷裂的試樣 用氧化方法加熱到3000400 ，保溫1h，冷卻 后加載使其斷裂，檢查斷口，有無彩色。 特點(diǎn)：試件小，底板和插銷材料可以不同， 底板可重復(fù)使用，節(jié)約材料改變線能量和底板厚度可獲得不同冷速可以在試驗(yàn)材料的任意方向進(jìn)行取樣缺口不能保證溫度均勻，準(zhǔn)確性差T形接頭焊接裂紋試驗(yàn)法用途：評(píng)定角焊縫的熱裂紋傾向和焊條及工 藝參數(shù)對(duì)熱裂紋的敏感性試樣：焊接：用4mm的焊條的電流上限焊接。 首先焊拘束焊縫S1，然后立即焊試驗(yàn) 焊縫S2，兩者方向相反。焊縫冷卻后，觀察焊縫S2，計(jì)算裂紋率C=L/120100%其他焊接性試驗(yàn)方法測(cè)定冷裂紋：斜Y坡口、插銷試驗(yàn)、搭接接頭測(cè)定熱裂紋：T形接頭、壓板對(duì)接、十字搭 接、可調(diào)拘束（3）使用焊接性試驗(yàn)方法焊接接頭力學(xué)性能試驗(yàn)焊接接頭抗脆斷性能試驗(yàn)焊接接頭與焊縫金屬的疲勞試驗(yàn)焊接接頭的抗腐蝕試驗(yàn)焊接接頭的高溫性能試驗(yàn)人有了知識(shí)，就會(huì)具備各種