焊接缺陷的產(chǎn)生

1、第三單元焊接缺陷的產(chǎn)生及防止【學(xué)習(xí)目標(biāo)】通過(guò)本單元的學(xué)習(xí)，使學(xué)生明確焊接缺陷的種類、特征及危害；掌握常見(jiàn)焊接缺陷氣孔、結(jié)晶裂紋和冷裂紋的產(chǎn)生原因、影響因素及防止措施；對(duì)其他焊接缺陷的產(chǎn)生原因及防止措施有一定的了解。焊接缺陷的種類及特征焊接缺陷的類型1.焊接缺欠與焊接缺陷在焊接接頭中存在的不連續(xù)性、不均勻性以及其他不健全的缺損，稱為焊接缺欠。在焊接缺欠中，根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)或工藝文件的要求，凡是不符合焊接產(chǎn)品使用性能要求的焊接缺欠稱為焊接缺陷，即焊接過(guò)程中所形成的焊縫不足、不完善的地方也可以說(shuō)是焊縫本身的缺損或損傷。焊接缺陷是焊接缺欠中不可接受的、不合格的缺欠，必須經(jīng)過(guò)返修合格后才能使用，否則此焊接產(chǎn)

2、品就是廢品。 焊接缺欠是絕對(duì)的，是焊接接頭中客觀存在的某種間斷或不完整，而焊接缺陷是相對(duì)的。同一類型、同一尺寸的焊接缺欠，出現(xiàn)在制造要求高的產(chǎn)品中，可能被認(rèn)為是焊接缺陷，必須返修，但出現(xiàn)在制造要求低的產(chǎn)品中，可能認(rèn)為是可接受的、合格的焊接缺欠，不需要返修。因此，判別焊接缺欠是否是焊接缺陷要根據(jù)產(chǎn)品相應(yīng)的法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)和制造技術(shù)要求進(jìn)行評(píng)定。在這些法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)和制造技術(shù)條件中，依據(jù)焊接產(chǎn)品使用性能，從焊接質(zhì)量、可靠性和經(jīng)濟(jì)性之間的平衡綜合考慮，規(guī)定什么焊接缺欠相對(duì)制造技術(shù)條件的產(chǎn)品是可能接受的，什么焊接缺欠是對(duì)產(chǎn)品運(yùn)行構(gòu)成危險(xiǎn)的、不可接受的焊接缺欠是對(duì)產(chǎn)品運(yùn)行構(gòu)成危險(xiǎn)的、不可接受的焊接缺陷。例如：0.

3、4mm深度的咬邊，如果出現(xiàn)在“不允許有任何咬邊存在”的高壓容器焊接接頭中，可判斷為焊接缺陷；如果出現(xiàn)在技術(shù)條件規(guī)定“咬邊深度不得超過(guò)0.5mm”的普通容器焊接接頭中，則被認(rèn)為是可以接受的焊接缺欠，而不是焊接缺陷。2.焊接缺陷的分類1)按照焊接缺陷的性質(zhì)，金屬熔焊接頭常見(jiàn)的焊接缺陷共分為裂紋、孔穴、固體夾雜、未熔合與未焊透、形狀缺陷和其他缺陷等。2)按焊接缺陷的可見(jiàn)性分為表面缺陷和內(nèi)部缺陷。焊接缺陷位于焊縫外表面的稱為表面缺陷；位于焊縫內(nèi)部的稱為內(nèi)部缺陷，見(jiàn)表3-1。常見(jiàn)焊接缺陷的特征及危害 焊接缺陷的存在，不僅會(huì)降低焊接接頭的使用性能，影響結(jié)構(gòu)的安全使用，嚴(yán)重時(shí)還將導(dǎo)致脆性破壞，引起重大事故。

4、有害程度較大的焊接缺陷有五種，按有害程度遞減的順序排列為：裂紋、未熔合和未焊透、咬邊、夾渣、氣孔。常見(jiàn)焊接缺陷的特征及危害見(jiàn)表3-3。合知識(shí)模塊二焊縫中的氣孔與夾雜物氣孔的分類與特征焊接時(shí)，熔池中的氣泡在凝固時(shí)未能逸出而殘留下來(lái)所形成的空穴，稱為氣孔。焊縫中的氣孔是常見(jiàn)的焊接冶金缺陷之一。氣孔的危害性比裂紋小，但氣孔的尺寸和數(shù)量超過(guò)一定范圍時(shí)，就是不允許存在的焊接缺陷。根據(jù)氣孔的性質(zhì)、數(shù)量、形狀、位置等，可分為以下幾種： 1.根據(jù)產(chǎn)生氣孔的氣體種類分類。 氣孔分為氫氣孔、一氧化碳?xì)饪?、氮?dú)饪缀退魵鈿饪椎取?(1)均布?xì)饪状罅繗饪妆容^均勻地分布在整個(gè)焊縫金屬中(圖3-1a)。均布?xì)饪椎漠a(chǎn)生是由

5、于不合適的焊接操作技術(shù)或不恰當(dāng)?shù)臍怏w保護(hù)、焊件表面污染或材料缺陷所致。(2)密集氣孔形狀不規(guī)則的成群氣孔呈區(qū)域化分布(圖3-1b)。它是由于不正確的引弧或收弧引起的。電弧偏吹也可促使產(chǎn)生密集氣體。(3)鏈狀氣孔平行于焊縫軸線的成串氣孔(圖3-1c)。它主要是在污染的缺欠處由于氣體的逸出引起的。這種氣孔可沿焊縫根部或焊道邊界之間呈直線分布。(4)條狀氣孔長(zhǎng)度大于寬度且長(zhǎng)度方向與焊縫軸線近似平行的非球形的長(zhǎng)氣孔(圖3-1d)。3.根據(jù)氣孔的形成位置分類根據(jù)氣孔的形成位置可分為內(nèi)部氣孔(存在于焊縫內(nèi)部的氣孔)和表面氣孔(暴露在焊縫表面的氣孔)。對(duì)一條焊縫而言，按生成氣孔的位置，又可分為引弧處氣孔，焊

6、道中氣孔和弧坑氣孔等。(3)氫氣孔和氮?dú)饪桩a(chǎn)生的主要原因及其特征在焊接低碳鋼和低合金鋼時(shí)，大多數(shù)情況下，氫氣孔出現(xiàn)在焊縫的表面上，斷面為螺釘狀，在焊縫的表面上看呈喇叭口形，氣孔的內(nèi)壁光滑，這是由于氫氣是在液態(tài)金屬和枝晶界面上凝聚析出，隨枝晶生長(zhǎng)而逐漸形成氣孔的。在個(gè)別情況下，氫氣孔也會(huì)出現(xiàn)在焊縫的內(nèi)部，是小圓球狀，如焊條藥皮中含有較多的結(jié)晶水，使焊縫中的含氫量過(guò)高，或在焊接有色金屬時(shí)，由于液態(tài)金屬中氫溶解度隨溫度下降而急劇降低，析出氣體，在凝固時(shí)來(lái)不及上浮而殘存在焊縫內(nèi)部。 氮?dú)饪椎男纬蓹C(jī)理與氫氣孔相似，氮?dú)饪滓捕喑霈F(xiàn)在焊縫表面，但多數(shù)情況下是成堆處現(xiàn)的，呈蜂窩狀。氮主要來(lái)自焊接區(qū)周圍的空氣，

7、但一般產(chǎn)生氮?dú)饪椎臋C(jī)會(huì)較少，只有在熔池保護(hù)不好，有較多的空氣侵入焊接區(qū)的情況下才會(huì)產(chǎn)生。這些反應(yīng)可以發(fā)生在熔滴過(guò)渡過(guò)程中，也可以發(fā)生在熔池中。由于CO不溶于金屬，所以在高溫時(shí)生成的CO就會(huì)以氣泡的形式從液態(tài)金屬中高速逸出，形成飛濺，而不會(huì)形成氣孔。但是，當(dāng)熱源離開(kāi)后，熔池開(kāi)始凝固時(shí)，熔池金屬的粘度不斷增大，所有反應(yīng)的CO不易逸出，且該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，會(huì)促使結(jié)晶速度加快，使CO形成的氣泡來(lái)不及逸出時(shí)便產(chǎn)生了氣孔。由于CO形成的氣泡是在結(jié)晶界面上產(chǎn)生的，所以CO氣孔常呈條蟲(chóng)狀。2.影響焊縫形成氣孔的因素能增加焊接區(qū)氣體來(lái)源的各種因素，如鐵銹、水分、油污等雜質(zhì)，都會(huì)增加焊縫形成氣孔的傾向。此外，母材

8、的成分、熔渣的組成與性能、焊接的工藝條件等對(duì)氣孔的形成也具有重要的影響。(1)焊接熔渣氧化性的影響熔渣氧化性的強(qiáng)弱對(duì)焊縫的氣孔敏感性具有很大的影響。當(dāng)焊接熔渣中含有氟化物時(shí)(如螢石)，能起良好的去氫作用。因?yàn)榉c氫化合生成穩(wěn)定的HF，而HF不溶于液態(tài)金屬，從而減少氫氣孔的產(chǎn)生。另外，當(dāng)熔渣中含有一定量的氧化性物質(zhì)時(shí)，如MnO、FeO、MgO、SiO2等，也能起到清除氫氣孔的作用。因?yàn)檫@些氧化物中的氧在高溫時(shí)能與氫化合，生成穩(wěn)定的、不溶于液體金屬的OH，從而減少焊縫金屬的含氫量，但氧化性過(guò)強(qiáng)時(shí)，則有可能產(chǎn)生CO氣孔。總之，無(wú)論是酸性熔渣還是堿性熔渣，當(dāng)熔渣的氧化性增加時(shí)，氫氣孔的傾向減小，而CO

9、氣孔的傾向增加。相反，當(dāng)熔渣的氧化性減小，還原性增加時(shí)，則氫氣孔的傾向增加，而CO氣孔的傾向減小。(2)鐵銹、水分及其他雜質(zhì)影響焊件或焊接材料中的水分、氧化鐵皮、鐵銹、油污等雜質(zhì)也是焊縫出現(xiàn)氣孔的重要因素，其中尤其鐵銹的影響最大。鐵銹是鋼鐵腐蝕后的產(chǎn)物，是氧化鐵的水化物(通式為mFe2O3nH2O)，也包含(Fe3O4H2O)的水化物,即鐵銹含有較多鐵的高級(jí)氧化物Fe2O3和結(jié)晶水，在電弧焊接的條件下，這些以結(jié)晶水形式存在的水分，便產(chǎn)生大量的水蒸氣，從而使鐵氧化產(chǎn)生H2.當(dāng)液態(tài)金屬具有足夠高的溫度時(shí)，這些氫便以原子或正離子的形式溶入，擴(kuò)散至熔池金屬中，這就是焊接有鐵銹金屬時(shí)產(chǎn)生氫氣孔的主要原因

10、。鐵銹的存在一方面增加了熔池的氧化作用，在結(jié)晶時(shí)促使生成CO氣孔，另一方面也增加了生成氫氣孔的可能性，所以，鐵銹是一種極其有害的雜質(zhì)。鋼板上氧化鐵皮的主要成分是Fe3O4和少量的Fe2O3，雖然沒(méi)有結(jié)晶水，但對(duì)產(chǎn)生CO氣孔仍有較大的影響，因此，在焊接生產(chǎn)中要盡量清除焊件上的鐵銹、氧化鐵皮等雜質(zhì)。焊劑和焊條藥皮受潮或烘干不足、空氣中或母材金屬表面的水分，受電弧高溫的影響，生成氫進(jìn)入焊接熔池中，同樣易增加產(chǎn)生氣孔的傾向。(3)焊接參數(shù)的影響焊接參數(shù)，如焊接電流、焊接速度、電弧電壓等，主要是影響焊接熔池的存在時(shí)間，如果熔池存在的時(shí)間越短，氣體逸出越困難，形成氣孔的傾向也越大。增大焊接電流可增加熔池存

11、在的時(shí)間，有利于氣體的逸出，但熔滴變細(xì)，增加了熔池對(duì)氣體的吸收量，同時(shí)熔深也增加，反而不利于氣體的逸出，增大了生成氣孔的傾向。使用不銹鋼焊條時(shí)，焊接電流增大，焊芯的電阻熱增大，會(huì)使焊條末端藥皮發(fā)紅，藥皮中的某些組成物(如碳酸鹽)提前分解，影響了造氣保護(hù)效果，因而也增加了氣孔的傾向。電弧電壓升高，弧長(zhǎng)增加，空氣中的氮?dú)庖浊秩肴鄢匦纬傻獨(dú)饪祝渲泻笚l電弧焊和自保護(hù)藥芯焊絲電弧焊最為敏感。當(dāng)電弧的功率不變(即焊接電流和電弧電壓的乘積不變)時(shí)，焊接速度增大，熔池存在的時(shí)間變短，加快了結(jié)晶速度，從而增大了產(chǎn)生氣孔的傾向。(4)電流種類和極性的影響生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)證明，電流的種類和極性不僅影響電弧的穩(wěn)定性，還對(duì)氫

12、氣孔的產(chǎn)生有較大的影響。使用交流電源焊接時(shí)，使用未烘干的焊條，焊縫易產(chǎn)生氣孔。用直流正接法時(shí)，生成氣孔的傾向較小，而用直流反接法時(shí)，生成氣孔的傾向最小。這是因?yàn)闅錃鈱?shí)際上是以正離子形式溶入熔池，當(dāng)熔池處于陰極時(shí)(反接)，弧柱空間的氫正離子在熔池表面遇到電子，與之復(fù)合為氫原子，從而阻礙了氫的溶解。在使用交流電源時(shí)，氫離子在電流改變方向通過(guò)零點(diǎn)的瞬間，順利進(jìn)入熔池，因此產(chǎn)生氣孔的傾向最大。(5)工藝操作方面的影響在生產(chǎn)中由于工藝操作不當(dāng)也易產(chǎn)生氣孔。例如：1)焊前未嚴(yán)格按規(guī)定要求烘干焊條、焊劑或烘干后放置時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。2)焊前未對(duì)焊件、焊絲上的鐵銹、水分、油質(zhì)等污物按要求進(jìn)行清除。3)焊接時(shí)的規(guī)范不穩(wěn)

13、定，特別是使用堿性焊條時(shí)未采用短弧焊接等。防止氣孔產(chǎn)生的措施 防止氣孔產(chǎn)生的根本措施是限制氣體的來(lái)源和排除熔池中存在的氣體。1.消除產(chǎn)生氣孔的氣體來(lái)源1)對(duì)焊件及焊絲(焊芯)表面上的油污、鐵銹、氧化膜等進(jìn)行仔細(xì)清除，特別是焊縫兩側(cè)2030mm范圍內(nèi)進(jìn)行除銹、去污。2)焊接材料的防潮和烘干。各種焊接材料應(yīng)防潮包裝與存放。按規(guī)定烘干焊條或焊劑，控制烘干的焊條或焊劑在大氣中的暴露時(shí)間，防止吸潮。2.加強(qiáng)對(duì)熔池的保護(hù)1)不使用偏心焊條和藥皮脫落的焊條，焊劑或保護(hù)氣體送給不能中斷。2)掌握正確的引弧方法，電弧不得隨意拉長(zhǎng)，采用短弧焊接，并要配以適當(dāng)?shù)膭?dòng)作，以利于氣體的逸出。3)裝配間隙要符合要求，不要太

14、大，防止空氣從根部熔池侵入。3.正確選擇焊接材料和保護(hù)氣體通過(guò)控制焊接材料的氧化性和還原性，降低氣孔的敏感性。4.控制焊接工藝條件控制焊接工藝條件的目的是創(chuàng)造熔池中氣體逸出的有利條件，同時(shí)限制焊接電弧外圍的氣體熔入熔池。1)正確選擇焊接參數(shù)，運(yùn)條速度不能太快。2)對(duì)導(dǎo)熱快、散熱面積大的焊件，若周圍環(huán)境溫度較低，應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱，以降低冷卻速度。焊縫中的夾雜物焊縫中的夾雜物是焊接冶金反應(yīng)產(chǎn)生的，是焊后殘留在焊縫金屬中的微觀非金屬雜質(zhì)(如氧化物、硫化物等)。焊縫中的夾雜物是固體夾雜的一種，但它有別于夾渣和金屬夾雜。夾渣是指焊后殘留在焊縫中的焊渣，是由于焊接參數(shù)選擇不當(dāng)或操作技術(shù)的原因所引起的；金屬夾雜是

15、殘留在焊縫金屬中的來(lái)自外部的金屬顆粒(如夾鎢)；而夾雜物是由于焊接化學(xué)冶金反應(yīng)產(chǎn)生的。1.夾雜物的危害夾雜物的存在不僅降低焊縫金屬的塑性，增大低溫脆性，降低韌性和疲勞強(qiáng)度，在外力作用下,夾雜物周圍會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中, 使夾雜物通常成為裂紋源而增加產(chǎn)生熱裂紋的2.夾雜物產(chǎn)生的原因氧化物夾雜產(chǎn)生的原因主要是熔池脫氧不完全，其中的FeO與其他元素作用而生成，一般多以復(fù)合硅酸鹽形式存在。這類夾雜物基本上都屬于低熔點(diǎn)的物質(zhì)，在焊縫結(jié)晶時(shí)最后凝固，少量液體夾雜物存在于固體晶粒之間。這些夾雜物是由于焊工操作不當(dāng)而混入焊縫中的，導(dǎo)致焊縫的韌性降低。氮化物的產(chǎn)生原因主要是在保護(hù)不良的情況下，焊接碳鋼和低合金鋼時(shí)，液

16、態(tài)金屬與空氣中的氮反應(yīng)后，主要以氮化物Fe4N夾雜的形式存在，殘留在焊縫金屬中。氮化物在時(shí)效過(guò)程中以針狀?yuàn)A雜形式存在于焊縫金屬中，對(duì)焊縫的力學(xué)性能有較大的影響，使抗拉強(qiáng)度提高，塑性和韌性下降，焊縫變脆。但在良好保護(hù)條件下焊接時(shí)，生成氮化物的幾率是很小的。當(dāng)母材、焊絲、藥皮等材料的含硫量較高時(shí)，就會(huì)在焊縫中形成硫化物夾雜。硫在焊縫中主要以FeS和MnS兩種硫化物的形態(tài)存在。其中以FeS對(duì)焊縫的危害最大，因?yàn)镕eS沿晶界析出與Fe或FeO形成低熔點(diǎn)共晶，增加了生成熱裂紋的傾向。3.防止和減少焊縫中形成夾雜物的措施在焊縫中分布細(xì)小、均勻的夾雜物，對(duì)焊縫的塑性和韌性不會(huì)有明顯的影響，反而還可改善焊縫金

17、屬的韌性與塑性,但對(duì)于粗大的夾雜物則必須采取措施防止或消除。防止和減少焊縫中形成夾雜物的主要措施從以下兩個(gè)方面著手：(1)控制夾雜物的來(lái)源正確選擇焊條、藥芯焊絲、焊劑的渣系，以便在焊接過(guò)程中能充分脫氧、脫硫。另外還要嚴(yán)格控制原材料中的雜質(zhì)含量，以杜絕夾雜物的來(lái)源。(2)采取相應(yīng)的工藝措施選用較大的熱輸入，使熔池有足夠的存在時(shí)間；焊條電弧焊時(shí)，焊條要作適當(dāng)?shù)臄[動(dòng)，使熔池?cái)噭?dòng)，以促使夾雜物的浮出；多層焊時(shí)，層間的清渣要徹底，防止殘留的焊渣在焊接下一層時(shí)，進(jìn)入熔池而形成夾雜物；采用短弧焊接，以保護(hù)焊接熔池免受空氣中氮的侵入。結(jié)晶裂紋的特征 焊接裂紋是指在焊接應(yīng)力及其他致脆因素共同作用下，焊接接頭中局

18、部地區(qū)的金屬原子結(jié)合力遭到破壞而形成的新界面所產(chǎn)生的縫隙。它具有缺口尖銳和長(zhǎng)寬比大的特征。裂紋是焊接結(jié)構(gòu)中危險(xiǎn)性較大的缺陷之一，由于裂紋在承載時(shí)可能會(huì)不斷地延伸和擴(kuò)大，這樣，輕者會(huì)使產(chǎn)品報(bào)廢，重者會(huì)引起嚴(yán)重的災(zāi)害事故。焊接裂紋按產(chǎn)生的本質(zhì)來(lái)分，可分為五大類：熱裂紋、再熱裂紋、冷裂紋、應(yīng)力腐蝕裂紋和層狀撕裂，其中，熱裂紋和冷裂紋最為常見(jiàn)。結(jié)晶裂紋是最常見(jiàn)的熱裂紋。結(jié)晶裂紋主要產(chǎn)生在含雜質(zhì)(含S、P、C、Si偏高)較多的碳鋼、低中合金鋼、奧氏體鋼、鎳基合金和某些鋁合金焊縫中。結(jié)晶裂紋大多數(shù)產(chǎn)生在焊縫中部，呈縱向分布在焊縫中心，也有些呈弧形分布在焊縫中心線的兩側(cè)，與焊波呈垂直分布。結(jié)晶裂紋產(chǎn)生的原因

19、主要是兩個(gè)方面：一是冶金因素；二是力的因素。因?yàn)楹缚p結(jié)晶時(shí)，先結(jié)晶的金屬比較純，后結(jié)晶的金屬含雜質(zhì)及合金成分較多，隨著柱狀晶的不斷長(zhǎng)大，雜質(zhì)及合金元素不斷被排擠到焊縫中心或平行生長(zhǎng)的柱狀晶交界處。這種成分偏析的結(jié)果使這些地方富集了較多的雜質(zhì)或合金，與基體金屬形成低熔點(diǎn)共晶。當(dāng)焊縫中的含硫量偏高時(shí)，能形成FeS，與鐵形成低熔點(diǎn)共晶(FeS-Fe的熔點(diǎn)988)。在結(jié)晶后期，當(dāng)相對(duì)較純的焊縫金屬已凝固為晶粒時(shí)，這些殘存在晶界的低熔點(diǎn)共晶尚未凝固，并且呈液態(tài)薄膜狀覆蓋在晶粒邊界上，割斷了晶粒之間的聯(lián)系。由于先凝固的焊縫金屬收縮，使后冷卻的焊縫中心區(qū)域受到了一定的拉伸內(nèi)應(yīng)力，這時(shí)在焊縫中的液態(tài)薄膜就會(huì)被

20、拉開(kāi)形成結(jié)晶裂紋。當(dāng)金屬承受的拉伸變形超過(guò)它自身所具有的塑性時(shí)，就會(huì)在結(jié)晶過(guò)程中出現(xiàn)裂紋，這就是結(jié)晶裂紋。所以，液態(tài)薄膜是產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的根本原因，而拉應(yīng)力是產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的必要條件。能力知識(shí)點(diǎn)3影響結(jié)晶裂紋產(chǎn)生的因素1.冶金因素(1)合金元素和雜質(zhì)的影響各種元素尤其是形成低熔點(diǎn)薄膜的雜質(zhì)是影響結(jié)晶裂紋產(chǎn)生的最重要的因素。)硫和磷是鋼中最有害的元素，在鋼中能形成多種低熔點(diǎn)共晶，因此，在結(jié)晶過(guò)程中很容易形成液態(tài)共晶薄膜，使脆性溫度區(qū)間的塑性大大降低，硫和磷又極易偏析，從而增加了脆性溫度區(qū)間范圍。)碳是鋼中必不可少的元素，也是影響結(jié)晶裂紋的主要元素，并且還能加劇其他元素的有害作用(如硫、磷等)，所以，

21、對(duì)含碳量較高的鋼，要嚴(yán)格控制其硫、磷的含量。3)錳是防止結(jié)晶裂紋的有益元素，它具有脫硫的作用，能置換FeS為MnS，同時(shí)也能改善硫化物的分布形態(tài)，使薄膜狀FeS改變?yōu)榍驙罘植?，從而提高了焊縫的抗裂性。(2)凝固結(jié)晶組織形態(tài)的影響焊縫一次結(jié)晶組織的晶粒度越粗大，柱狀晶的方向越明顯，越容易促使雜質(zhì)偏析，在固液階段形成連續(xù)的液態(tài)共晶薄膜，產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的傾向增大。2.工藝因素工藝因素主要影響有害雜質(zhì)偏析的情況及應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)率的大小。1)焊接熱輸入過(guò)大，使近縫區(qū)的晶粒長(zhǎng)大后，引起焊縫晶粒過(guò)大。2)熔合比增大，含雜質(zhì)和碳較多的母材將向焊縫轉(zhuǎn)移較多雜質(zhì)和碳元素，增大裂紋傾向。3)焊縫成形系數(shù)()對(duì)結(jié)晶裂紋的影響

22、如圖3-4所示。圖3-4a中，值過(guò)小，雜質(zhì)聚集在焊縫中心柱狀晶對(duì)生面間，與焊縫收縮拉應(yīng)力垂直，結(jié)晶裂紋傾向大。圖3-4b中，值適中，雜質(zhì)偏析于焊縫上部，與焊縫收縮拉應(yīng)力成一定角度，結(jié)晶裂紋傾向小。圖3-4c中，值過(guò)大，低熔點(diǎn)共晶雖然在焊縫表面，但晶粒的取向垂直于應(yīng)力的方向，結(jié)晶裂紋傾向大。4)焊接速度對(duì)結(jié)晶裂紋的產(chǎn)生也有較大的影響。增大焊接速度，不僅會(huì)增大冷卻速度，提高應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)率，而且還使熔池呈淚滴形，柱狀晶近乎垂直地向焊縫軸線方向生長(zhǎng)，在會(huì)合面處形成偏析薄面，從而增大成結(jié)晶裂紋的傾向。防止結(jié)晶裂紋的措施防止結(jié)晶裂紋的措施主要從控制焊縫金屬成分和調(diào)整焊接工藝兩方面著手。1.控制焊縫金屬成分1)

23、控制母材和焊接材料的化學(xué)成分，嚴(yán)把材料關(guān)。嚴(yán)格限制焊縫中的碳、硫、磷含量，是防止產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的根本措施。同時(shí)適當(dāng)提高錳含量，也可抵消部分碳、硫、磷等雜質(zhì)的不利影響。各類焊接結(jié)構(gòu)用鋼的硫、磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)小于0.05%，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)小于0.20%。不同鋼材的碳、硫、磷含量按技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格控制。優(yōu)質(zhì)焊條中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般應(yīng)不大于0.035%，磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于0.04%。因低氫型焊條及堿性焊劑具有較強(qiáng)的脫硫、脫磷能力，所以焊接結(jié)晶裂紋傾向大的鋼時(shí)，應(yīng)盡量選用堿性焊條和焊劑。2)加變質(zhì)劑。在焊縫或母材中加入一些細(xì)化晶粒的元素，如鈦、鋁、鋯、硼或稀土金屬鈰和鑭等變質(zhì)劑，能起到細(xì)化晶粒，增加晶界面積的作用

24、，同時(shí)又打亂了柱狀晶的結(jié)晶方向，減少了雜質(zhì)的偏析，破壞了液態(tài)薄膜的連續(xù)性，增加了抗裂性。最常用的變質(zhì)劑是鈦。3)形成雙相組織。在焊接18-8不銹鋼時(shí)，通過(guò)調(diào)整母材和焊接材料成分，使焊縫中存在約5%的相，形成+雙相組織，也可細(xì)化晶粒和打亂柱狀晶的生長(zhǎng)方向，使焊縫組織變細(xì)，從面提高了焊縫的抗裂性。2.調(diào)整焊接工藝1)減少熱輸入(如采用小的焊接電流)，避免焊縫中產(chǎn)生粗大的柱狀組織，得到晶粒細(xì)小的組織，打亂柱狀晶的結(jié)晶方向。防止雜質(zhì)聚集在焊縫中心柱狀晶對(duì)生處，在垂直應(yīng)力作用下，形成結(jié)晶裂紋。2)調(diào)整合理的焊接參數(shù)來(lái)控制焊縫成形系數(shù)。焊縫成形系數(shù)隨電流的增大而減小，隨電壓的增大而增大。提高焊縫成形系數(shù)可

25、以降低結(jié)晶裂紋傾向。但值過(guò)大，由于焊縫太淺，抗裂能力反而下降。值過(guò)小，焊縫窄而深，同樣會(huì)增大結(jié)晶裂紋的傾向。所以盡量使焊縫成形適中，如圖3-4b所示，即選擇合理的焊接參數(shù)，如小電流、低焊速、避免熔池過(guò)大，或采用多層多道焊等，來(lái)防止結(jié)晶裂紋的產(chǎn)生。 3)選擇合理的焊接順序。焊接順序直接影響焊縫金屬在冷卻中能否自由收縮，如果焊接順序選擇不當(dāng)，也會(huì)具有較大的裂紋傾向。選擇合理焊接順序的原則是：盡量使大多數(shù)焊縫能在較小剛性的條件下焊接，使各條焊縫都有收縮的可能，以減小焊接應(yīng)力。4)調(diào)整冷卻速度。接頭的冷卻速度越大，變形速度也越大，產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的傾向越大，因此，含碳量較高和厚壁結(jié)構(gòu)的焊接，需要采取適當(dāng)?shù)?/p>

26、預(yù)熱措施來(lái)減小焊縫的變形率，從而降低結(jié)晶裂紋的傾向。但不能用增大熱輸入的辦法來(lái)降低冷卻速度，因?yàn)闊彷斎朐龃髸r(shí)，促使晶粒粗大，增加偏析傾向，產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的傾向加大。5)采用堿性焊條和焊劑。因?yàn)閴A性焊條和焊劑的熔渣脫硫、脫氧能力強(qiáng)，雜質(zhì)少，形成低熔點(diǎn)化合物的可能性小，所以有較高的抗裂能力。綜合知識(shí)模塊四焊接冷裂紋能力知識(shí)點(diǎn)1焊接冷裂紋的類型冷裂紋是焊接接頭冷卻到較低溫度下(對(duì)于鋼來(lái)說(shuō),在200300以下)時(shí)產(chǎn)生的焊接裂紋。1.冷裂紋的特征(1)產(chǎn)生的溫度和時(shí)間冷裂紋是在焊后較低溫度下產(chǎn)生的。溫度區(qū)間都在材料的馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)MS以下。冷裂紋不是在焊接過(guò)程中產(chǎn)生的，它可能在焊后立即出現(xiàn)，也有可能是在焊后

27、延續(xù)一定時(shí)間后才產(chǎn)生，如果鋼的焊接接頭冷卻到室溫后，并在一定時(shí)間(幾小時(shí)、幾天、甚至十幾天)才出現(xiàn)的焊接冷裂紋就稱為延遲裂紋，它是冷裂紋中比較普遍的一種形態(tài)，也是最危險(xiǎn)的焊接缺陷。(2)產(chǎn)生的部位和方向冷裂紋主要發(fā)生在低合金鋼、中合金鋼和高碳鋼的熱影響區(qū)，焊接超高強(qiáng)鋼或某些鈦合金時(shí)冷裂紋也出現(xiàn)在焊縫上。從焊縫的表面看，熱影響區(qū)的冷裂紋主要沿熔合線呈縱向分布，焊縫上的冷裂紋則呈橫向分布。 (3)斷口特征冷裂紋產(chǎn)生的溫度較低，斷口沒(méi)有氧化色彩而呈閃亮的金屬光澤。冷裂紋的斷口沿晶界開(kāi)裂或是穿晶擴(kuò)展，呈冰糖狀或巖石狀，棱角分明。2.冷裂紋的類型根據(jù)冷裂紋產(chǎn)生的部位，可分為以下幾種類型，如圖3-5所示。

28、(1)焊趾裂紋沿應(yīng)力集中的焊趾處所形成的焊接冷裂紋稱為焊趾裂紋。裂紋起源于焊趾部位的應(yīng)力集中處，從表面出發(fā)，往厚度的縱深方向擴(kuò)展，止于焊接接頭近縫區(qū)粗晶部分的邊緣。裂紋的走向與焊道平行。(2)焊根裂紋沿應(yīng)力集中的焊縫根部所形成的焊接冷裂紋稱為焊根裂紋。裂紋起源于坡口根部間隙處，視應(yīng)力集中源的位置及母材和焊縫金屬的強(qiáng)度水平的不同，裂紋可以起源于母材的近縫區(qū)金屬，在近縫區(qū)基本上平行于熔合線擴(kuò)展，或進(jìn)入焊縫金屬中；也可以起源于焊縫金屬的根部，在焊縫金屬中擴(kuò)展。(3)焊道下裂紋在靠近堆焊焊道的熱影響區(qū)內(nèi)所形成的焊接冷裂紋稱為焊道下裂紋。這種裂紋經(jīng)常發(fā)生在淬硬傾向較大、含氫量較高的焊接熱影響區(qū)。裂紋的走

29、向基本上與焊縫平行，且不顯露在表面。(4)焊縫橫向裂紋橫向裂紋常起源于淬硬傾向較大的合金鋼焊縫邊界，延伸至焊縫和熱影響區(qū)，裂紋走向均垂直于焊縫邊界，尺寸不大，但常顯現(xiàn)于表面。在多層焊時(shí)，裂紋發(fā)生在距焊縫表面有一小段距離的焊縫內(nèi)部。焊接冷裂紋產(chǎn)生的原因 產(chǎn)生焊接冷裂紋的主要原因是：鋼的淬硬傾向、焊縫中擴(kuò)散氫的作用和焊接接頭金屬所承受的拉應(yīng)力造成的金屬塑性下降三個(gè)因素交互作用的結(jié)果。1.鋼的淬硬傾向鋼的淬硬傾向主要取決于鋼的化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)的板厚、焊接工藝和冷卻條件等。焊接時(shí)，鋼的淬硬傾向越大，越易產(chǎn)生冷裂紋。因?yàn)榇阌矁A向越大的鋼，在焊接條件下，近縫區(qū)的加熱溫度很高(達(dá)13501400)，使奧氏體晶

30、粒嚴(yán)重長(zhǎng)大，快冷時(shí)，轉(zhuǎn)變?yōu)榇执篑R氏體，而馬氏體是一種脆硬的組織，由于變形能力低，易發(fā)生脆性斷裂而形成裂紋。2.擴(kuò)散氫的作用氫是引起高強(qiáng)鋼焊接時(shí)產(chǎn)生冷裂紋的重要因素之一，且具有延遲的特征。焊縫和熱影響區(qū)的含氫量較高時(shí)，焊縫中的氫在結(jié)晶過(guò)程中向熱影響區(qū)擴(kuò)散，當(dāng)焊縫的冷卻速度快，這些氫不能逸出時(shí)，就聚集在離熔合線不遠(yuǎn)的熱影響區(qū)中。當(dāng)熱影響區(qū)存在顯微缺陷時(shí)，氫便會(huì)在這些缺陷處聚集，并由原子狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉肿訝顟B(tài)，造成很大的局部應(yīng)力，再加上焊接應(yīng)力和組織應(yīng)力的共同作用，促使顯微缺陷擴(kuò)大，從而形成裂紋。氫的擴(kuò)撒、聚集、產(chǎn)生應(yīng)力和裂紋需要一定的時(shí)間，所以裂紋具有延遲的特征。3.焊接接頭的拉應(yīng)力在焊接過(guò)程中主要存

31、在以下三種應(yīng)力：1)焊接時(shí)焊縫和熱影響區(qū)的不均勻加熱和冷卻而產(chǎn)生的溫度應(yīng)力。這種應(yīng)力的大小與母材和填充金屬的熱物理性質(zhì)及結(jié)構(gòu)剛度有關(guān)。在應(yīng)力的作用下，會(huì)引起氫的聚集、誘發(fā)氫致裂紋。2)焊縫和熱影響區(qū)金屬在相變時(shí)，體積變化而引起的組織應(yīng)力。3)焊件在焊接過(guò)程中，由于結(jié)構(gòu)的剛度和自重、焊接順序和焊縫位置等引起的防止焊接冷裂紋的措施防止產(chǎn)生冷裂紋的主要措施，就是在焊接時(shí)盡量減少三大因素的不利影響。()焊前預(yù)熱和焊后緩冷焊前預(yù)熱可對(duì)焊件整體加熱，也可以對(duì)焊縫附近區(qū)域局部加熱，或邊焊接邊不斷補(bǔ)充加熱。焊后緩冷可采用包扎絕熱材料(石棉布、玻璃纖維等)的方法。通過(guò)預(yù)熱和緩冷措施，能加速氫的擴(kuò)散逸出，減少擴(kuò)散

32、氫含量，改善焊接接頭的組織，降低熱影響區(qū)的硬度和脆性，提高塑性，還能起到減小焊接應(yīng)力的作用。小知識(shí)去氫處理是指焊件焊后立即在200350的溫度下保溫26h，然后緩冷的措施。去氫處理的目的是使焊縫金屬中的擴(kuò)散氫加速逸出。()減少氫的來(lái)源焊前嚴(yán)格按要求將焊條、焊劑烘干，并且隨用隨取。仔細(xì)清理坡口周圍的油污、水分和鐵銹等。咬邊 由于焊接參數(shù)選擇不當(dāng)或操作方法不正確，沿焊趾的母材部位產(chǎn)生的溝槽或凹陷稱為咬邊，如圖3-6所示。咬邊一般位于焊縫和母材連接處、角焊縫的焊趾處或坡口焊縫的熔合線處，也可出現(xiàn)在單面焊接的坡口焊縫根部。平焊時(shí)一般較少出現(xiàn)咬邊，咬邊容易出現(xiàn)在立位置、橫位置、仰位置焊接時(shí)。2.咬邊的一

33、般特征有些咬邊呈弧形缺口，而有些咬邊呈尖銳缺口。咬邊產(chǎn)生的缺口越深越尖銳，則缺陷越嚴(yán)重。仔細(xì)檢查，所有的焊縫都有不同程度的咬邊。只有當(dāng)咬邊的深度超過(guò)了允許的數(shù)值時(shí)，才被視為不可接受的焊接缺陷。3.咬邊產(chǎn)生原因1)焊接參數(shù)的選擇不當(dāng)，如焊接電流過(guò)大，電弧過(guò)長(zhǎng)。2)焊接操作不恰當(dāng)，如焊條的角度和擺動(dòng)不正確。3)焊條端部藥皮的電弧偏吹以及焊件的位置安放不當(dāng)?shù)取?.防止產(chǎn)生咬邊的方法正確選擇焊接電流及焊接速度，適當(dāng)掌握電弧的長(zhǎng)度，正確應(yīng)用運(yùn)條方法和焊條角度，在平、立、仰焊位置焊接時(shí)，焊條沿焊縫中心線保持均勻?qū)ΨQ的擺動(dòng)。橫焊時(shí)，焊條角度應(yīng)保證熔滴平穩(wěn)地向熔池過(guò)渡而無(wú)下淌現(xiàn)象。能力知識(shí)點(diǎn)2焊瘤 焊接過(guò)程中

34、，熔化金屬流淌到焊縫之外未熔化的母材上所形成的金屬瘤就是焊瘤，如圖3-7所示。焊瘤是由于焊縫金屬鋪展或流溢而超出未熔化的焊趾或焊縫，從而在未熔化的母材上形成的金屬瘤。2.焊瘤產(chǎn)生的原因焊縫間隙太大，操作不當(dāng)，焊條位置和運(yùn)條方法不正確，焊接電流過(guò)大或焊接速度太低、電弧過(guò)長(zhǎng)或焊條熔化太快都可能產(chǎn)生焊瘤。3.防止產(chǎn)生焊瘤的方法正確選擇焊接參數(shù)，裝配間隙不能過(guò)大。提高操作者的技術(shù)水平，靈活調(diào)整焊條角度和運(yùn)用正確的運(yùn)條方法。嚴(yán)格控制立、仰焊時(shí)的熔池溫度，不使其過(guò)高。能力知識(shí)點(diǎn)3凹坑與弧坑焊后在焊縫表面或焊縫背面形成的低于母材表面的局部低洼部分稱為凹坑，如圖3-8a所示?；】邮前伎拥囊环N，是在焊縫收弧處產(chǎn)

35、生的凹陷現(xiàn)象，如圖3-8b所示。凹坑減小了焊縫的有效截面，降低焊縫的承載能力。而弧坑，由于雜質(zhì)的集中，還會(huì)導(dǎo)致弧坑裂紋的產(chǎn)生。2.凹坑與弧坑產(chǎn)生的原因操作技術(shù)不熟練，不能很好地控制熔池形狀；焊接電流過(guò)大，電弧拉得過(guò)長(zhǎng)，焊條又未做適當(dāng)?shù)臄[動(dòng)，或過(guò)早進(jìn)行表面焊縫的焊接，收尾熄弧時(shí)，未填滿弧坑等均會(huì)產(chǎn)生凹坑或弧坑。 3.防止凹坑與弧坑產(chǎn)生的方法采用短弧焊接，熟練掌握操作技能，焊后填滿弧坑。對(duì)于重要的焊接結(jié)構(gòu)要設(shè)置引出板，在收弧時(shí)將電弧過(guò)渡到引出板上，避免在焊件上出現(xiàn)弧坑。能力知識(shí)點(diǎn)4未焊透與未熔合1.未焊透 未焊透是焊接時(shí)接頭根部未完全熔透的現(xiàn)象，如圖3-9所示。對(duì)于對(duì)接焊縫也指焊縫深度未達(dá)到設(shè)計(jì)要

36、求的現(xiàn)象。(1)未焊透產(chǎn)生的原因焊接坡口鈍邊過(guò)大，坡口角度太小，間隙太小，操作時(shí)，無(wú)法將焊條伸入根部；焊接電流太小，速度過(guò)快；運(yùn)條角度不當(dāng)或電弧發(fā)生偏吹；氧化物和熔渣等阻礙了金屬間充分的熔合等。凡是造成焊條金屬和基體金屬不能充分熔合的因素都會(huì)引起未焊透。(2)防止產(chǎn)生未焊透的方法正確選擇坡口形式和裝配間隙；選用適當(dāng)?shù)暮附与娏骱秃附铀俣?；正確掌握焊條角度和運(yùn)條方法，認(rèn)真操作，防止焊偏。2.未熔合 未熔合是指熔焊時(shí)，焊道與母材之間或焊道與焊道之間，未完全熔化結(jié)合的部分，如圖3-10所示。(1)未熔合產(chǎn)生的原因焊條偏心或運(yùn)條方法不當(dāng)，電弧發(fā)生偏吹；焊接電流太??；焊接速度太高；坡口側(cè)壁有銹垢和污物；焊

37、層間清渣不徹底等。(2)防止未熔合產(chǎn)生的方法正確選擇焊接電流、焊接速度；加強(qiáng)坡口清理和層間清渣；焊條偏心時(shí)應(yīng)調(diào)整角度，使電弧處于正確方向。焊接時(shí)注意運(yùn)條角度和邊緣停留時(shí)間，使坡口邊緣充分熔化以保證熔合。能力知識(shí)點(diǎn)5下塌與燒穿圖3-11下塌1.下塌下塌是在單面熔化焊時(shí)，由于焊接工藝不當(dāng)，造成焊縫金屬大量透過(guò)背面，而使焊縫正面塌陷，背面凸起的現(xiàn)象，如圖3-11所示。下塌產(chǎn)生的原因主要是裝配間隙或焊接電流過(guò)大。圖3-12燒穿2.燒穿燒穿是在焊接過(guò)程中，熔化金屬自坡口背面流出，形成穿孔的缺陷，如圖3-12所示。(1)燒穿的危害燒穿缺陷不僅影響焊縫外觀，還使該處的焊縫強(qiáng)度減弱，甚至還會(huì)使焊接接頭失去承載

38、能力，所以燒穿是一種不允許存在的焊接缺陷。 (2)產(chǎn)生燒穿的原因焊件的裝配間隙太大或鈍邊太薄；焊接電流過(guò)大，焊接速度太低以及電弧在焊縫某處停留的時(shí)間太長(zhǎng)使焊件加熱過(guò)度。(3)防止產(chǎn)生燒穿的方法嚴(yán)格控制焊件的裝配間隙，選用適當(dāng)?shù)暮附訁?shù)，減少熔池在某一處停留的時(shí)間夾渣 1.夾渣產(chǎn)生的原因焊接速度過(guò)快，使熔渣來(lái)不及上浮到熔池表面。焊接電流太小，使熔渣和鐵液分不清；多層焊時(shí)，層間清渣不干凈；焊縫成形系數(shù)過(guò)?。缓附硬牧腺|(zhì)量不好，熔渣太稠；焊接時(shí)焊條角度不正確等。2.防止夾渣產(chǎn)生的方法正確選擇焊接參數(shù)；做好焊前及焊層間的清理工作；根據(jù)熔化情況，隨時(shí)調(diào)整焊條角度和運(yùn)條方法；正確選擇焊接材料，調(diào)整焊條藥皮和

39、焊劑的化學(xué)成分，降低熔渣的熔點(diǎn)和粘度。焊縫尺寸與形狀不符合要求 焊縫尺寸與形狀不符合要求主要表現(xiàn)為焊縫表面形狀高低不平、寬窄不一、尺寸過(guò)大或過(guò)小、角焊縫單邊尺寸以及焊腳尺寸不符合要求等現(xiàn)象，如圖3-14所示。 1.產(chǎn)生原因焊接電流過(guò)大或過(guò)??；焊件坡口角度不對(duì)，裝配間隙不均勻；焊條質(zhì)量差或焊接過(guò)程中電弧產(chǎn)生偏吹；焊條角度不對(duì)或焊接速度選擇不當(dāng)和運(yùn)條手法不正確等。2.防止方法正確選擇焊接參數(shù)，特別是焊接電流的選擇，采用適當(dāng)?shù)暮笚l角度和運(yùn)條手法，從而保證焊縫成形的均勻一致；選擇適當(dāng)?shù)钠驴诮嵌群脱b配間隙。第四單元金屬的焊接性及其評(píng)定【學(xué)習(xí)目標(biāo)】通過(guò)本單元的學(xué)習(xí)，了解金屬焊接性的概念，影響焊接性的因素，

40、焊接性的分析方法，焊接性的試驗(yàn)內(nèi)容、方法分類及選擇原則和常用的一些焊接性試驗(yàn)方法及應(yīng)用。綜合知識(shí)模塊一金屬的焊接性金屬焊接性的概念金屬材料的焊接性是焊接金屬材料的一項(xiàng)非常重要的性能指標(biāo)，用來(lái)評(píng)定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。金屬的焊接性是指材料在限定的施工條件下焊接成按規(guī)定設(shè)計(jì)要求的構(gòu)件，并滿足預(yù)定服役要求的能力(即是指金屬材料對(duì)焊接加工的適應(yīng)性)。它包括兩個(gè)方面的內(nèi)容：一是工藝焊接性；二是使用焊接性。1.工藝焊接性工藝焊接性是指在一定的焊接工藝條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的能力。焊接性是一個(gè)相對(duì)的概念，對(duì)于某些金屬來(lái)說(shuō)，在簡(jiǎn)單的焊接工藝條件下，就能獲得較好的接頭，滿足相應(yīng)的

41、使用要求，就可認(rèn)為其焊接性優(yōu)良。而對(duì)于一些必須要采用很特殊的、很復(fù)雜的焊接工藝才能獲得優(yōu)質(zhì)接頭的金屬材料，則認(rèn)為其焊接性較差。 焊接過(guò)程與分析研究金屬材料的工藝焊接性有關(guān)。對(duì)于一般熔焊來(lái)說(shuō)，焊接過(guò)程都要經(jīng)歷加熱、熔化、冶金反應(yīng)和冷卻四個(gè)過(guò)程，所以，工藝焊接性又分為熱焊接性和冶金焊接性。(1)熱焊接性熱焊接性是指在焊接過(guò)程中，對(duì)焊接熱影響區(qū)組織性能及產(chǎn)生缺陷的影響程度。熱焊接性是用來(lái)評(píng)定被焊金屬對(duì)熱作用的敏感性(晶粒長(zhǎng)大及組織性能變化等)，它主要受被焊材質(zhì)及焊接工藝條件的影響。(2)冶金焊接性冶金焊接性是指冶金反應(yīng)對(duì)焊縫性能和產(chǎn)生缺陷的影響程度。合金元素的氧化、還原、氮化、蒸發(fā)，氫、氧、氮的溶解

42、，以及對(duì)氣孔、夾雜、裂紋等缺陷的敏感2.使用焊接性使用焊接性是指焊接接頭或整體結(jié)構(gòu)滿足各種使用性能的程度。使用焊接性主要是通過(guò)焊接工藝評(píng)定實(shí)現(xiàn)。包括常規(guī)力學(xué)性能、低溫韌性、抗脆斷性能、高溫蠕變、疲勞性能、持久強(qiáng)度、耐蝕性、耐磨性能等。由于結(jié)構(gòu)的使用條件不同，所要求的焊接接頭性能也有所不同。因此，焊接技術(shù)必須滿足不同使用條件下各種性能的要求。能力知識(shí)點(diǎn)2影響焊接性的因素 影響焊接性的因素很多，對(duì)于鋼鐵材料來(lái)說(shuō)，可歸納為材料、設(shè)計(jì)、工藝及服役條件四類因素。1.材料因素鋼的化學(xué)成分、冶煉軋制狀態(tài)、熱處理?xiàng)l件、組織狀態(tài)和力學(xué)性能等因素都對(duì)焊接性有較大的影響，其中影響最大的是化學(xué)成分(包括雜質(zhì)的分布)。

43、對(duì)焊接性影響較大的元素有碳、硫、磷、氫、氧和氮等。還有一些為了滿足鋼的某種性能而加入的元素,如錳、硅、鉻、鎳、鉬、鈦、釩、鈮、銅和硼等合金元素，但它們卻又不同程度地增加了鋼的淬硬傾向和焊接裂紋的敏感性。2.設(shè)計(jì)因素設(shè)計(jì)因素主要是指結(jié)構(gòu)的形式，它對(duì)焊接接頭的應(yīng)力狀態(tài)有影響，從而對(duì)焊接性產(chǎn)生影響。如：結(jié)構(gòu)的剛度過(guò)大、接口斷面的突變、焊接接頭的缺口效應(yīng)、過(guò)大的焊縫體積等，對(duì)造成脆性破壞都有不同程度的影響。在某些部位，焊縫過(guò)度集中和多向應(yīng)力狀態(tài)對(duì)結(jié)構(gòu)的安全性也會(huì)產(chǎn)生不良影響。3.工藝因素工藝因素包括施工時(shí)所采用的焊接方法、焊接工藝規(guī)程和焊后熱處理等。對(duì)于相同的焊件，采用不同的焊接方法和工藝措施時(shí)，所表

44、現(xiàn)出來(lái)的焊接性也是不一樣的。如對(duì)于有過(guò)熱敏感的高強(qiáng)度鋼，從防止過(guò)熱出發(fā)，應(yīng)選用窄間隙焊接、等離子弧焊接等方法，改善其焊接性。而對(duì)于灰鑄鐵的焊接，從防止白口組織角度出發(fā)，應(yīng)選用氣焊和電渣焊等方法。4.服役條件因素服役條件指焊接結(jié)構(gòu)的工作溫度、受載類別和工作環(huán)境，如在高溫條件下工作時(shí)，可能產(chǎn)生蠕變；在低溫或沖擊載荷下工作時(shí)，易發(fā)生脆性破壞；在腐蝕介質(zhì)下工作時(shí)，接頭會(huì)發(fā)生腐蝕等。總之，焊接結(jié)構(gòu)的服役條件越不利，焊接性就越難保證。評(píng)定焊接性的程序 對(duì)于一些新的材料、新的結(jié)構(gòu)或新的工藝方法，在正式施工制造之前，都要經(jīng)過(guò)焊接性分析和試驗(yàn)，預(yù)測(cè)在焊接過(guò)程中可能存在的問(wèn)題，以評(píng)定其工藝焊接性及使用焊接性是否能

45、達(dá)到要求。評(píng)價(jià)焊接性的準(zhǔn)則一般包括兩方面的內(nèi)容：一是評(píng)定焊接接頭產(chǎn)生工藝缺陷的傾向，為制定出合理的焊接工藝提供依據(jù)；二是評(píng)定焊接接頭能否滿足結(jié)構(gòu)使用性能的要求。評(píng)定焊接接頭工藝缺陷的敏感性，通常是進(jìn)行抗裂性試驗(yàn)及氣孔敏感性試驗(yàn)。評(píng)定焊接接頭或結(jié)構(gòu)的使用性能，要根據(jù)結(jié)構(gòu)的工作條件和設(shè)計(jì)提出的技術(shù)要求來(lái)確定試驗(yàn)內(nèi)容。綜合知識(shí)模塊二分析金屬焊接性的方法利用化學(xué)成分分分析和研究焊接性的目的，在于查明給定的鋼種或材料在指定的焊接工藝條件下可能產(chǎn)生的問(wèn)題及原因，以確定焊接工藝的合理性和鋼種或材料材質(zhì)的改進(jìn)方向。通常分析是從工藝焊接性和使用焊接性這兩個(gè)方面去考察該材料對(duì)焊接的適應(yīng)能力。工藝焊接性是要解決該材

46、料能不能焊的問(wèn)題，使用焊接性是要解決焊后能不能使用的問(wèn)題。其中按材料中合金元素及其含量間接地評(píng)估合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接性是最常用的化學(xué)成分分析方法。如碳當(dāng)量法和冷裂紋敏感性指數(shù)法。分析和研究焊接性的目的，在于查明給定的鋼種或材料在指定的焊接工藝條件下可能產(chǎn)生的問(wèn)題及原因，以確定焊接工藝的合理性和鋼種或材料材質(zhì)的改進(jìn)方向。通常分析是從工藝焊接性和使用焊接性這兩個(gè)方面去考察該材料對(duì)焊接的適應(yīng)能力。工藝焊接性是要解決該材料能不能焊的問(wèn)題，使用焊接性是要解決焊后能不能使用的問(wèn)題。其中按材料中合金元素及其含量間接地評(píng)估合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接性是最常用的化學(xué)成分分析方法。如碳當(dāng)量法和冷裂紋敏感性指數(shù)法。1.碳當(dāng)量法的

47、概念碳當(dāng)量鑒定法是間接判斷焊接性最簡(jiǎn)便的方法。所謂碳當(dāng)量法是把鋼中合金元素(包括碳)的含量按其作用換算成碳的相當(dāng)含量。可作為評(píng)定鋼材焊接性的一種參考指標(biāo)。在鋼的各種化學(xué)元素中，對(duì)焊接性影響最大的元素是碳，碳是引起淬硬的主要元素，所以把鋼中含碳量的多少作為判斷焊接性的主要指標(biāo)。鋼中含碳量越高，其焊接性就越差。鋼中除碳元素外的其他合金元素如錳、鉻、鉬、銅、鎳等對(duì)淬硬都有一定的影響，將這些元素根據(jù)它們對(duì)焊接性的影響大小，折合成相當(dāng)?shù)奶荚氐暮?，即碳?dāng)量，來(lái)間接判別焊接性2.碳當(dāng)量的估算公式碳當(dāng)量的估算公式在世界各國(guó)根據(jù)本國(guó)的具體情況相繼建立了很多公式。其中以國(guó)際焊接學(xué)會(huì)推薦的估算碳鋼及低合金鋼的公

48、式應(yīng)用較為廣泛，為在計(jì)算碳當(dāng)量時(shí)，元素含量均取其成分范圍的上限。3.用碳當(dāng)量法對(duì)焊接性的評(píng)價(jià)公式計(jì)算出的結(jié)果，數(shù)值越高，被焊鋼材的淬硬傾向越大，熱影響區(qū)越易產(chǎn)生冷裂紋。因此，一般可用碳當(dāng)量預(yù)測(cè)某鋼種的焊接性，以便確定是否需要采取預(yù)熱和其他工藝措施。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)：當(dāng)CE0.4%時(shí)，鋼材的淬硬傾向不大，焊接性良好，焊接時(shí)不需預(yù)熱；當(dāng)CE0.4%0.6%時(shí)，特別是大于0.5%時(shí)，鋼材的淬硬傾向逐漸明顯，焊接時(shí)必須預(yù)熱；當(dāng)CE0.6%時(shí)，鋼材塑性較低，強(qiáng)度較高，淬硬傾向很強(qiáng)，焊接性不好，工件焊前經(jīng)預(yù)熱到較高溫度，焊接時(shí)采取減少焊接應(yīng)力和防止開(kāi)裂的工藝措施，焊后還應(yīng)進(jìn)行熱處理，確保焊接接頭質(zhì)量。必須指出：碳

49、當(dāng)量法只考慮金屬的化學(xué)成分，沒(méi)有考慮影響焊接性的其他因素，如冷卻速度、焊接熱循環(huán)中的最高加熱溫度和高溫停留時(shí)間等，所以不能反映其真實(shí)的焊接性，只能作為評(píng)定鋼材焊接性的一種參考指標(biāo)。如：16Mn鋼的碳當(dāng)量約為0.34%0.44%，焊接性良好，但板厚增大時(shí)，焊接性會(huì)逐漸變差。利用連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖分析 鋼的焊接連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖是焊接連續(xù)冷卻組織轉(zhuǎn)變圖，連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖的繪制是利用快速熱膨脹儀或熱模擬試驗(yàn)裝置來(lái)建立某種鋼的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖的，通過(guò)連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖可得到在不同冷卻速度下的組織。焊接連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖用來(lái)估計(jì)有無(wú)冷裂的危險(xiǎn)和焊后接頭的大致性能(硬度值)，即根據(jù)已知鋼材的焊接連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖可以較方便地預(yù)測(cè)

50、焊接熱影響區(qū)的組織、性能和硬度，從而可預(yù)測(cè)某鋼材在一定焊接條件下的淬硬傾向和冷裂紋敏感性。同時(shí)也是正確選擇焊接材料、確定最佳焊接工藝、消除焊接裂紋、制訂焊后熱處理規(guī)范的重要依據(jù)。影響連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖的因素有：母材的化學(xué)成分、冷卻速度、峰值溫度、晶粒粗化及應(yīng)力應(yīng)變等。利用材料的物理性能分析 金屬的熔點(diǎn)、熱導(dǎo)率、密度、線膨脹系數(shù)、熱容量等因素，都對(duì)焊接熱循環(huán)、熔化、結(jié)晶、相變等過(guò)程產(chǎn)生影響，從而影響金屬材料的焊接性。根據(jù)金屬材料物理性能的特點(diǎn)，可以預(yù)計(jì)出在焊接過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，并設(shè)法加以預(yù)防及解決。如純銅熱導(dǎo)率高，焊接時(shí)熱量散失迅速，升溫的范圍很寬，坡口不易熔化，焊接時(shí)需要較強(qiáng)烈地加熱。如果熱源功率

51、不足，就會(huì)產(chǎn)生熔透不足的缺陷。銅、鋁等熱導(dǎo)率高的材料，熔池結(jié)晶快，易于產(chǎn)生氣孔。鈦、不銹鋼等熱導(dǎo)率低的材料，焊接時(shí)溫度梯度大，殘余應(yīng)力高，變形大，而且由于高溫停留時(shí)間長(zhǎng)，熱影響區(qū)晶粒長(zhǎng)大，對(duì)接頭性能不利。鋁和奧氏體不銹鋼線膨脹系數(shù)大、接頭的變形和應(yīng)力較為嚴(yán)重。鋁及其合金的密度小，焊接時(shí)，熔池中的氣泡和非金屬夾雜物不易上浮逸出，就會(huì)在焊縫中殘留氣孔和夾渣。利用材料的化學(xué)性能分析從材料化學(xué)性能方面來(lái)分析焊接性，主要是看金屬與氧的親和力的強(qiáng)弱，如鋁、鈦合金與氧的親和力較強(qiáng)，在焊接高溫下極易氧化，有些金屬對(duì)氫、氮等氣體很敏感，因而需要采取較可靠的保護(hù)方法，如：惰性氣體保護(hù)焊，真空中焊接等。否則焊接就難

52、以實(shí)現(xiàn)。因此，保護(hù)方法是否恰當(dāng)也會(huì)影響金屬焊接性的效果。對(duì)于異種金屬焊接，也只有其理化性能和晶體結(jié)構(gòu)接近的金屬才比較容易實(shí)現(xiàn)焊接。2.已知鋼材18MnMoNb的化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)見(jiàn)表4-1：綜合知識(shí)模塊三金屬焊接性試驗(yàn)焊接性試驗(yàn)的內(nèi)容 焊接性試驗(yàn)是指評(píng)定母材焊接性的試驗(yàn)，例如：焊接裂紋試驗(yàn)、接頭力學(xué)性能試驗(yàn)、接頭腐蝕試驗(yàn)等。焊接性試驗(yàn)的目的是評(píng)定母材焊接性的好壞，通過(guò)焊接性試驗(yàn)，可以選定適合于母材的焊接材料，確定合適的焊接參數(shù)及焊后熱處理工藝參數(shù)，還可用來(lái)研制新的焊接材料。按材料的不同特點(diǎn)和不同使用要求，焊接性試驗(yàn)的內(nèi)容主要有以下幾種：1.焊縫金屬抗熱裂紋能力的測(cè)定熱裂紋是一種較常發(fā)生的危害性嚴(yán)

53、重的焊接缺陷，是熔池金屬結(jié)晶過(guò)程中，由于存在一些有害元素(如低熔點(diǎn)共晶物)并受熱應(yīng)力作用而在結(jié)晶末期發(fā)生的焊接缺陷。熱裂紋的產(chǎn)生既與母材有關(guān)，又與焊接材料有關(guān)，因此測(cè)定焊縫金屬抵抗熱裂紋的能力是焊接性試驗(yàn)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。2.焊縫及熱影響區(qū)金屬抗冷裂紋能力的測(cè)定冷裂紋在低合金高強(qiáng)鋼焊接中是最常見(jiàn)的缺陷，該缺陷的發(fā)生具有延遲性，所以危害性更大。測(cè)定焊縫及熱影響區(qū)金屬抗冷裂紋的能力是焊接性試驗(yàn)中很重要又最常做的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。 3.焊接接頭抗脆性斷裂能力的測(cè)定對(duì)于承受沖擊載荷和在低溫下工作的焊接結(jié)構(gòu)，可能經(jīng)過(guò)焊接的冶金反應(yīng)、結(jié)晶、固態(tài)相變等一系列過(guò)程，焊接接頭會(huì)發(fā)生粗晶脆化、組織脆化、熱應(yīng)變時(shí)效脆化等

54、現(xiàn)象。使接頭韌性嚴(yán)重下降，即焊接接頭發(fā)生脆性轉(zhuǎn)變。所以，對(duì)這類焊接結(jié)構(gòu)用材料，要做抗脆斷(或抗脆性轉(zhuǎn)變)能力的試驗(yàn)。4.焊接接頭使用性能的測(cè)定根據(jù)焊接結(jié)構(gòu)使用條件對(duì)焊接性提出的性能要求來(lái)確定試驗(yàn)內(nèi)容。例如：在腐蝕介質(zhì)下工作的焊接結(jié)構(gòu)要求抗腐蝕能力，就采用做焊接接頭的耐晶間腐蝕能力或耐應(yīng)力腐蝕能力等試驗(yàn)；厚板鋼結(jié)構(gòu)要求抗層狀撕裂性能時(shí)，就要做Z向拉伸或Z向窗口試驗(yàn)，以測(cè)定該鋼材抗層狀撕裂的能力。能力知識(shí)點(diǎn)2焊接性試驗(yàn)方法分類 研究和評(píng)定金屬材料焊接性的試驗(yàn)方法很多，根據(jù)試驗(yàn)內(nèi)容和特點(diǎn)可以分為工藝焊接性和使用焊接性兩大方面的試驗(yàn)，每一大方面又可分為直接法和間接法兩種類型。金屬材料焊接性試驗(yàn)方法分類

55、可歸納成圖4-1所示。1.直接法直接法有兩種情況：一種情況是模擬實(shí)際焊接條件，通過(guò)實(shí)際焊接過(guò)程考察是否發(fā)生某種焊接缺陷，或發(fā)生缺陷的嚴(yán)重程度，根據(jù)結(jié)果直接評(píng)價(jià)材料焊接性(即焊接性對(duì)比試驗(yàn))；也可以通過(guò)試驗(yàn)確定出獲得符合要求的焊接接頭所需的焊接條件(即工藝適應(yīng)性試驗(yàn))，這種情況一般用于工藝焊接性試驗(yàn)；另一種情況是直接在實(shí)際產(chǎn)品上進(jìn)行焊接性試驗(yàn)，例如壓力容器的焊接試板，主要用于使用焊接性試驗(yàn)。2.間接法間接法一般不需要焊接，只需對(duì)產(chǎn)品使用的材料做化學(xué)成分、金相組織或力學(xué)性能的試驗(yàn)分析與測(cè)定，根據(jù)結(jié)果和經(jīng)驗(yàn)推測(cè)材料的焊接性。其中碳當(dāng)量法、冷裂敏感性指數(shù)法及熱影響區(qū)最高硬度法是常用的焊接冷裂紋的間接評(píng)

56、定方法。能力知識(shí)點(diǎn)3焊接性試驗(yàn)方法的選擇原則 從圖-1可以看出，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，在選擇焊接性試驗(yàn)方法時(shí)一般應(yīng)考慮以下原則：1.可比性在試驗(yàn)條件完全相同下，兩個(gè)試驗(yàn)的結(jié)果就具有可比性。應(yīng)該優(yōu)先選擇國(guó)家或國(guó)際上已經(jīng)頒布的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法，并嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)。還沒(méi)有建立標(biāo)準(zhǔn)的，應(yīng)選擇國(guó)內(nèi)外同行業(yè)中較為通用的或公認(rèn)的試驗(yàn)方法進(jìn)行。如果沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)可供遵循，必須自行設(shè)計(jì)焊接性試驗(yàn)方法時(shí)，應(yīng)把試驗(yàn)條件規(guī)定得明確具體，同時(shí)還要說(shuō)明試驗(yàn)結(jié)果是在什么試驗(yàn)條件下得出的。2.針對(duì)性在選擇試驗(yàn)方法時(shí)，其試驗(yàn)條件要盡量與實(shí)際焊接時(shí)的條件一致(如母材、焊接材料、

57、接頭形式、接頭受力狀態(tài)、焊接參數(shù)等)，同時(shí)試驗(yàn)條件還應(yīng)考慮到產(chǎn)品的使用條件，盡量使之接近。只有這樣才使焊接性試驗(yàn)具有良好的針對(duì)性，其試驗(yàn)結(jié)果才能較準(zhǔn)確地顯示出實(shí)際生產(chǎn)時(shí)可能發(fā)生的問(wèn)題或可能出現(xiàn)的現(xiàn)象。 3.再現(xiàn)性 焊接性實(shí)驗(yàn)的結(jié)果要穩(wěn)定可靠，具有較好的再現(xiàn)性。為了找出變化規(guī)律和導(dǎo)出正確的結(jié)論，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不可過(guò)于分散。因此，試驗(yàn)方法應(yīng)盡量減少或避免人為影響因素，多采用自動(dòng)化、機(jī)械化的操作、少用人工操作。實(shí)驗(yàn)條件和試驗(yàn)程序要規(guī)定的嚴(yán)格，防止隨意性。斜Y形坡口焊接裂紋試驗(yàn)方法 斜Y形坡口焊接裂紋試驗(yàn)方法又稱小鐵研法，是金屬工藝焊接性的直接試驗(yàn)方法之一，廣泛應(yīng)用于評(píng)定碳素鋼和低合金高強(qiáng)鋼焊接熱影響區(qū)的冷

58、裂紋敏感性，也可作為根據(jù)母材選擇匹配焊條的裂紋試驗(yàn)。本試驗(yàn)方法所產(chǎn)生的裂紋多出現(xiàn)于焊根尖角處的熱影響區(qū)，當(dāng)焊縫金屬的抗裂性能不好時(shí)，裂紋也可能擴(kuò)展到焊縫金屬，甚至貫穿至焊縫表面。此試驗(yàn)方法用料省，試件易加工，不需特殊裝置，試驗(yàn)結(jié)果可靠。因此低合金鋼多采用這種方法評(píng)定其抗冷裂性能。缺點(diǎn)是試驗(yàn)周期較長(zhǎng)。1.試件的制備試件的形狀及尺寸如圖-2所示。試件的厚度不作規(guī)定，一般用厚度為938mm，坡口采用機(jī)械切削加工。每一種試驗(yàn)條件要制備兩塊以上的試件。2.試驗(yàn)方法兩端各在60mm范圍內(nèi)施焊拘束焊縫，采用雙面焊透。保證待焊試驗(yàn)部位處有2mm的間隙且不產(chǎn)生角變形。拘束焊縫焊接一般采用低氫型焊條，直徑為45m

59、m，先從背面焊接第一層，再焊正面一側(cè)的第一層，以下各層正、背面交替焊接，直到焊完。在焊接試驗(yàn)焊縫前，要把焊接拘束焊縫時(shí)所附著的飛濺物清除干凈，并去除坡口周圍的水分、油污及鐵銹等，最后用丙酮洗凈。試驗(yàn)焊縫所用的焊條原則上與試驗(yàn)鋼材相匹配，焊前要嚴(yán)格烘干焊條，推薦采用下列參數(shù)：焊條直徑4mm，焊接電流170A10A，電弧電壓24V2V，焊接速度(15010)mm/min。圖-3和圖-4是用焊條電弧焊和用焊條自動(dòng)送進(jìn)裝置進(jìn)行施焊的試驗(yàn)焊縫。只焊一道焊縫不填滿坡口，焊完后的試件經(jīng)48h后，才能開(kāi)始進(jìn)行裂紋的檢測(cè)和解剖。用肉眼和手持放大鏡來(lái)檢測(cè)焊接接頭的表面和斷面是否有裂紋。3.計(jì)算方法檢測(cè)裂紋時(shí)可直接

60、用眼睛或借助510倍放大鏡仔細(xì)檢查焊接接頭表面和斷面是否有裂紋，并按下列方法分別計(jì)算表面、根部和斷面的裂紋率。試樣裂紋長(zhǎng)度的計(jì)算按圖4-5所示進(jìn)行。(1)表面裂紋率的計(jì)算計(jì)算方法見(jiàn)式(4-2)。式中Cf表面裂紋率(%)；f表面裂紋長(zhǎng)度之和,單位為mm，見(jiàn)圖-5a；L試驗(yàn)焊縫的長(zhǎng)度，單位為mm。式中Cr根部裂紋(%)；Lr根部裂紋長(zhǎng)度之和,單位為mm;L試驗(yàn)焊縫長(zhǎng)度,單位為mm。(2)根部裂紋率用適當(dāng)?shù)姆椒ㄖ罄瓟嗷驈潝?，然后按圖-5b檢測(cè)根部裂紋，并按式(-3)計(jì)算根部裂紋率。(3)斷面裂紋率在試驗(yàn)焊縫上用機(jī)械加工等分地切出46塊試樣，檢查五個(gè)橫斷面的裂紋深度Hs，見(jiàn)圖-5c。按式-計(jì)算斷面