焊接第七章-金屬材料焊接性分析方法課件

1、第七章金屬材料焊接性分析方法 主編第一節(jié)金屬的焊接性一、金屬焊接性的概念 金屬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)計要求的構(gòu)件，并滿足預(yù)定服役要求的能力，即金屬材料對焊接加工時適應(yīng)性。焊接性受材料、焊接方法、構(gòu)件類型及使用要求四個因素的影響。根據(jù)上述定義，優(yōu)質(zhì)的焊接接頭應(yīng)具備兩個特點：即接頭中不允許存在超過質(zhì)量標準規(guī)定的缺陷；同時具有預(yù)期的使用性能。根據(jù)討論問題的著眼點不同，焊接性又分為工藝焊接性和使用焊接性。 (1)工藝焊接性是指金屬材料對各種焊接方法的適應(yīng)能力，也就是在一定的焊接工藝條件下能否獲得優(yōu)質(zhì)致密、無缺陷焊接接頭的能力。第一節(jié)金屬的焊接性 (2)使用焊接性是指焊接接頭或整

2、體結(jié)構(gòu)，為滿足技術(shù)條件中所規(guī)定的使用性能的能力。 對于不同材料、不同工作條件下的焊件，焊接性的主要內(nèi)容是不同的。例如，低合金強度鋼，對于淬硬和冷裂紋是比較敏感的，因此在焊接這種材料時，如何解決淬硬和冷裂紋問題就成為低合金強度鋼焊接性的主要內(nèi)容；又如焊接奧氏體不銹鋼時，其主要問題則是晶間腐蝕問題。即使對于同一金屬材料，當采用不同焊接方法、焊接材料及不同的工作條件時，其焊接性也可能有很大差別。第一節(jié)金屬的焊接性二、影響焊接性的因素 影響焊接性的因素很多，對于鋼鐵材料來講，可歸納為材料、工藝、結(jié)構(gòu)及使用條件等四個因素。 (1)材料因素材料因素是指焊接時直接參與物理化學反應(yīng)和發(fā)生組織變化的所有材料，包

3、括母材本身和使用的焊接材料。 (2)工藝因素對于同一母材，當采用不同的焊接方法和工藝措施時，會表現(xiàn)出不同的焊接性。 焊接方法對焊接性的影響主要來自兩個方面：首先是熱源的特點(功率密度、加熱方式、熱源參數(shù)及極性)，它可以直接影響焊接熱循環(huán)的主要參數(shù)，從而影響接頭的組織與性能；其次是不同的保護方式(如熔渣保護、氣體保護、氣渣聯(lián)合保護或真空保護)，它會影響焊接冶金過程，從而對焊接接頭的質(zhì)量和性能起到重要影響。第一節(jié)金屬的焊接性 (3)結(jié)構(gòu)因素焊接接頭和結(jié)構(gòu)設(shè)計會影響應(yīng)力狀態(tài)，從而對焊接性也發(fā)生影響。 這里主要從結(jié)構(gòu)的剛度、應(yīng)力集中和多向應(yīng)力等方面來考慮。使焊接接頭處于剛度較小的狀態(tài)，能夠自由收縮，有

4、利于防止焊接裂紋。缺口、截面突變、焊縫余高過大、交叉焊縫等容易引起應(yīng)力集中，要盡量避免。不必要地增大母材厚度或焊縫體積，會產(chǎn)生多向應(yīng)力，也應(yīng)注意防止。 (4)使用條件焊接結(jié)構(gòu)的使用條件是多種多樣的，有的在高溫或低溫下工作，有的在靜載或動載條件下工作，有的則在腐蝕介質(zhì)中工作等。第一節(jié)金屬的焊接性 綜上所述，金屬的焊接性與材料、工藝、結(jié)構(gòu)、使用條件等密切相關(guān)，所以不能脫離這些因素而單純從材料本身的性能來評價焊接性。此外，從上述分析也可以看出，很難用某一項技術(shù)指標概括材料的焊接性，只有通過綜合多方面的因素，才能分析焊接性問題。第二節(jié)金屬焊接性評定與試驗一、焊接性評定的內(nèi)容 評定母材焊接性的試驗，稱為

5、焊接性試驗，評價金屬焊接性的試驗主要有：評定金屬在經(jīng)焊接加工時對缺陷的敏感性，一般情況下，主要是評估對裂紋的敏感性，即進行抗裂紋試驗；評定焊接接頭能否滿足結(jié)構(gòu)使用性能的要求。對于評價接頭或結(jié)構(gòu)使用性能的試驗內(nèi)容復(fù)雜，具體項目取決于結(jié)構(gòu)的工作條件和設(shè)計上提出的技術(shù)要求，通常為常規(guī)力學性能(拉伸、彎曲、沖擊等)試驗。對于高溫、腐蝕、磨損和動載疲勞等不同環(huán)境中的工作的結(jié)構(gòu)，則應(yīng)根據(jù)不同的要求分別進行相應(yīng)的高溫性能、低溫性能、脆斷、抗腐蝕、耐磨損和動載疲勞等試驗；對有時效敏感性的被焊金屬，還應(yīng)進行焊接接頭的熱應(yīng)變時效脆化試驗。第二節(jié)金屬焊接性評定與試驗二、常用的焊接性試驗方法 由前述可知，焊接性試驗方

6、法種類很多，因抗裂性能是衡量金屬焊接性的主要標志，所以在生產(chǎn)中還是常用焊接裂紋試驗來表征材料的焊接性。以下主要介紹幾種常用的焊接性試驗方法。1.間接試驗法 碳當量鑒定法是判斷焊接性的最簡便的間接法，常用作焊接冷裂紋的間接評定。所謂碳當量法，就是將包括碳在內(nèi)的其他合金元素對硬化(脆化和冷裂等)的影響折合成碳的影響。由于各國和各研究單位所采用的試驗方法和鋼材的合金體系不同，所以都各自建立了許多碳當量公式。其中以國際焊接學會推薦的CE(IIW)和日本焊接協(xié)會的Ceq(JIS)應(yīng)用較為廣泛。第二節(jié)金屬焊接性評定與試驗2.直接試驗法 在設(shè)定的焊接參數(shù)下按規(guī)定要求焊接工藝試板，然后通過試驗來檢測焊接接頭對

7、裂紋、氣孔、夾渣等缺陷的敏感性，以此來評定焊接性，這種方法稱為直接試驗法。常用試驗方法有斜Y形坡口焊接裂紋試驗方法、焊接熱影響區(qū)最高硬度試驗方法、插銷試驗等。 (1)斜Y形坡口焊接裂紋試驗方法這一方法廣泛應(yīng)用于評定碳鋼和低合金高強度鋼焊接熱影響區(qū)對冷裂紋的敏感性。 試件的形狀和尺寸如圖72所示，試件坡口采用機械加工。試驗所用焊條原則上與試驗鋼材相匹配，焊前應(yīng)嚴格烘干。第二節(jié)金屬焊接性評定與試驗圖7-2試件的形狀和尺寸第二節(jié)金屬焊接性評定與試驗圖7-3采用焊條電弧焊時，試驗焊縫位置 試驗時按圖7-2組裝試件，先將兩端的拘束焊縫焊好，再焊試驗焊縫。當采用焊條電弧焊時，試驗焊縫按圖7-3所示方法焊接

8、。當采用焊條自動送進裝置焊接時，按圖7-4所示進行。焊完的試件經(jīng)在室溫放置24h后才能進行裂紋的檢測和解剖。第二節(jié)金屬焊接性評定與試驗圖7-4采用焊條自動送進裝置焊接試驗焊縫位置第二節(jié)金屬焊接性評定與試驗圖7-5試樣裂紋長度計算圖a)表面裂紋b)根部裂紋c)斷面裂紋 裂紋的長度按圖7-5進行檢測。裂紋長度為曲線形狀(圖7-5a)，按直線長度檢測。裂紋重疊時不必分別計算。第二節(jié)金屬焊接性評定與試驗(2)焊接熱影響區(qū)最高硬度試驗方法焊接熱影響區(qū)最高硬度試驗是以熱影響區(qū)最高硬度來評價鋼材冷裂紋傾向的試驗方法。 試件的形狀和尺寸分別見圖76和表71。焊接前采取適當方法去除試件表面水分、鐵銹、油污及氧化

9、皮等污物。焊條原則上應(yīng)適合于所焊的試件，直徑為4mm。焊接時，在試件兩端要支承架空，試件下面留有足夠的空間。表71中1號試件在室溫下，2號試件在預(yù)熱溫度下進行焊接。如圖76所示，取平焊位置沿試件軋制表面的中心線焊出長12510mm的焊縫。焊接參數(shù)為：焊接電流17010A，焊接速度為15010mm/min。試件焊后在靜止的空氣中自然冷卻，不進行任何熱處理。第二節(jié)金屬焊接性評定與試驗圖7-6試件形狀第二節(jié)金屬焊接性評定與試驗表7-1試 件 尺 寸第二節(jié)金屬焊接性評定與試驗(3)插銷冷裂紋試驗方法插銷試驗是使用專門設(shè)備(插銷試驗機)評定焊接冷裂紋敏感性的一種試驗方法。 插銷冷裂紋試驗采用圓柱形試樣。試樣由被試鋼材加工而成，并插入底板的孔中，使帶缺口一端的端面與底板表面平齊。底板上熔敷一焊道，盡量使焊道中心線通過插銷端面中心。該焊道的熔深應(yīng)保證缺口位于熱影響區(qū)的粗晶區(qū)中。焊后在完全冷卻以前，給插銷施加一拉伸靜載荷，如圖77所示。試驗既可用啟裂也可用斷裂作為判斷準則。試驗所得的結(jié)果，可用以評定在選用的試驗條件下被試鋼材的冷裂紋敏感性，也可作相同條件下的材料焊接性對比。第二節(jié)金屬焊接性評定與試驗圖7-7插銷試驗示意圖a)環(huán)形缺口試樣b)螺形缺口試樣第二節(jié)金屬焊接性評定與試驗1)試件尺寸小，底板與插銷材料又不必