焊接基礎(chǔ)知識(shí)

焊接基礎(chǔ)知識(shí)第一頁(yè)，共十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日中國(guó)石化第四建設(shè)公司金屬焊接性：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，并滿足預(yù)定服役要求的能力。即材料對(duì)焊接加工的適應(yīng)性和使用的可靠性。焊接性可分為工藝焊接性和使用焊接性。工藝焊接性，是指在一定焊接工藝條件下,能否獲得優(yōu)質(zhì)、無(wú)缺陷的焊接接頭的能力。對(duì)于一般熔焊焊接來(lái)講,焊接過(guò)程都要經(jīng)歷加熱熔化、冶金反應(yīng)和隨后冷卻過(guò)程。工藝焊接性又分為"熱焊接性"和"冶金焊接性"第二頁(yè)，共十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日熱焊接性是指焊接熱過(guò)程對(duì)焊接熱影響區(qū)組織性能及產(chǎn)生缺陷的影響程度,它用于評(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)。主要與被焊材質(zhì)及焊接工藝條件有關(guān)。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,它包括合金元素的氧化、還原、蒸發(fā)及氫、氧、氮的溶解等對(duì)氣孔、夾雜、裂紋等缺陷的敏感性,這些是影響焊縫金屬化學(xué)成分和組織性能的重要方面。第三頁(yè)，共十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日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,其中包括常規(guī)的力學(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,以及抗腐蝕性能等。總之,結(jié)構(gòu)的使用條件甚為復(fù)雜、苛刻，所要求的焊接接頭性能也各有不同。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。影響焊接性的因素,歸納為材料、設(shè)計(jì)、工藝和服役條件等四個(gè)因素。材料因素對(duì)鋼來(lái)講,有鋼的化學(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。第四頁(yè)，共十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日其中化學(xué)成分(包括雜質(zhì)的分布)是主要的影響因素。對(duì)于焊接性影響較大的有C、S、P、O、H和N等，為提高鋼的某種性能加入一些合金元素，如Mn、Si、Cr、Ni、V、Mo、Ti、Nb、Cu、B和稀土等,但卻不同程度地增大了鋼的淬硬傾向和焊接裂紋的敏感性。設(shè)計(jì)因素是指焊接結(jié)構(gòu)和接頭的型式、接口斷面的過(guò)渡、焊縫的位置，以及某些部位焊縫的集中程度造成多向應(yīng)力的狀態(tài)等。工藝因素包括施工的焊接方法（如焊條電弧焊、自動(dòng)埋弧焊、氣體保護(hù)焊、電渣焊、窄間隙焊等）、焊接工藝參數(shù)(如焊接熱輸入、焊接材料、預(yù)熱、后熱、焊接順序等)和焊后熱處理等，這些都會(huì)影響焊接性。第五頁(yè)，共十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日服役條件因素是指焊接結(jié)構(gòu)的工作溫度、受載類別（動(dòng)載、靜載、沖擊、高速等）和工作環(huán)境（化工區(qū)、沿海及腐蝕介質(zhì)等）。一般來(lái)講，環(huán)境溫度越低，鋼結(jié)構(gòu)越易發(fā)生脆性破壞。評(píng)定焊接性的方法分為直接試驗(yàn)和間接試驗(yàn)兩種類型。第六頁(yè)，共十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日對(duì)于新材料、新工藝、新方法必須先進(jìn)行焊接性分析及試驗(yàn)再熱裂紋試驗(yàn)焊接性試驗(yàn)方法分類使用焊接性工藝焊接性直接法焊接熱裂紋試驗(yàn)焊接冷裂紋試驗(yàn)層狀撕裂試驗(yàn)熱應(yīng)變時(shí)效脆化試驗(yàn)焊接氣孔敏感性試驗(yàn)間接法由碳當(dāng)量推測(cè)焊接性裂紋敏感指數(shù)及臨界應(yīng)力裂紋敏感性的臨界冷卻時(shí)間連續(xù)冷卻組織轉(zhuǎn)變圖斷口分析及金相組織分析焊接熱影響區(qū)最高硬度焊接熱、力模擬試驗(yàn)等焊接專家系統(tǒng)、仿真系統(tǒng)直接法實(shí)際產(chǎn)品結(jié)構(gòu)運(yùn)行的服役試驗(yàn)壓力容器的爆破試驗(yàn)間接法焊縫及接頭的常規(guī)力學(xué)性能試驗(yàn)焊縫及接頭的低溫脆性試驗(yàn)焊縫及接頭的斷裂韌性試驗(yàn)焊縫及接頭的高溫性能試驗(yàn)（蠕變、持久等）焊縫及接頭的疲勞、動(dòng)載試驗(yàn)焊縫及接頭的抗腐蝕性、耐磨性及應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂試驗(yàn)第七頁(yè)，共十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日1．碳當(dāng)量法碳當(dāng)量法是一種古老的評(píng)定鋼的焊接性的方法。它是把鋼中各種化學(xué)成分對(duì)鋼的強(qiáng)化或硬化的影響折算成碳的影響來(lái)進(jìn)行分析的方法。目前用于評(píng)定鋼的焊接性的碳當(dāng)量計(jì)算公式很多,其中應(yīng)用比較多的有以下幾個(gè)：碳當(dāng)量公式國(guó)際焊接學(xué)會(huì)（IIW）碳當(dāng)量公式：

CE（﹪）＝C＋Mn/6＋（Cr＋Mo＋V）/5

＋（Cu＋Ni）/15這個(gè)公式可應(yīng)用于σb=500MPa~600MPa級(jí)的非調(diào)質(zhì)高強(qiáng)鋼。當(dāng)CE（IIW）小于或等于0.45%時(shí)，焊接厚度小于25mm的板可不預(yù)熱；當(dāng)CE（IIW）小于0.41%和碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.207%時(shí),小于37mm厚的板可不預(yù)熱。第八頁(yè)，共十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日工藝焊接性的直接試驗(yàn)方法本節(jié)中的五個(gè)焊接裂紋試驗(yàn)是國(guó)內(nèi)、外最常用的焊接性試驗(yàn)方法,也是到目前為止已納入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的全部焊接裂紋試驗(yàn)。

1．斜y形坡口焊接裂紋試驗(yàn)方法本試驗(yàn)方法是在工程中應(yīng)用最廣泛的一種焊接裂紋試驗(yàn),又稱作小鐵研式裂紋試驗(yàn)。（2）適用范圍本試驗(yàn)方法所產(chǎn)生的裂紋多出現(xiàn)在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),裂紋可能擴(kuò)展到焊縫金屬,甚至貫穿至焊縫表面。裂紋可能在焊后立即出現(xiàn),也可能在焊后數(shù)分鐘乃至數(shù)小時(shí)后才開(kāi)始出現(xiàn)。因此,本試驗(yàn)方法主要適合于鋼材焊接接頭熱影響區(qū)的冷裂紋試驗(yàn),也可作為母材和焊條組合的裂紋試驗(yàn)。3）試件尺寸試件尺寸如圖3一6所示.試件的厚度不作限制,一般常用厚度為9~38mm。為了模擬實(shí)際結(jié)構(gòu)的拘束狀況和焊接區(qū)的焊接熱循環(huán),通常采用和實(shí)際結(jié)構(gòu)相同的板厚進(jìn)行試驗(yàn)。第九頁(yè)，共十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日?qǐng)D3-6斜Y形試件的形狀和尺寸第十頁(yè)，共十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日（4）試件制備

1)加工為避免試件間隙的波動(dòng)以及氣割表面硬化層等問(wèn)題,坡口只準(zhǔn)用機(jī)械方法加工。

2)組裝按圖3－6組裝試件，焊接試驗(yàn)部位用2mm的塞片插入,焊完拘束焊縫后拆除塞片(見(jiàn)圖3－7)。

3)拘束焊縫的焊接一般采用直徑φ4mm或φ5mm的低氫型焊條焊接。采用對(duì)稱焊接,防止角變形和未焊透。

4)坡口的清理采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄈコ驴谥車乃?、油污和鐵銹。第十一頁(yè)，共十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日（5）焊接試驗(yàn)1)焊條使用符合國(guó)標(biāo)規(guī)定的并與試驗(yàn)鋼材相匹配的焊條進(jìn)行試驗(yàn)。焊前應(yīng)按焊條使用說(shuō)明或試驗(yàn)要求烘干。2)焊接采用焊條電弧焊或采用焊條自動(dòng)送進(jìn)裝置焊接時(shí),推薦采用下列焊接工藝參數(shù)試驗(yàn):

焊條直徑4mm;焊接電流170±10A;電弧電壓24土2V;焊接速度150±l0mm/min.3)裂紋檢測(cè)焊后48h進(jìn)行裂紋檢測(cè)和解剖。表面裂紋用肉眼或磁粉檢測(cè)、滲透檢測(cè)等檢查;斷面裂紋應(yīng)先用機(jī)械方法制取斷面試樣,研磨腐蝕后用20~30倍的顯微鏡檢測(cè)。第十二頁(yè)，共十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日（6）裂紋率的計(jì)算方法1）統(tǒng)計(jì)方法裂紋的長(zhǎng)度或高度按圖3－10進(jìn)行檢測(cè)，裂紋長(zhǎng)度為曲線形狀（見(jiàn)圖3－10a）時(shí)，按直線長(zhǎng)度檢測(cè)，裂紋重疊時(shí)不必分別計(jì)算。第十三頁(yè)，共十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日第十四頁(yè)，共十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日（8）試驗(yàn)的應(yīng)用準(zhǔn)則由于斜y形坡口焊接裂紋試驗(yàn)接頭的拘束度很大,根據(jù)理論和實(shí)際測(cè)定達(dá)1150δN／mm2大大超過(guò)一般的實(shí)際對(duì)接接頭的拘束度;而且試件坡口為斜y形,應(yīng)力集中很大,所以試驗(yàn)條件比較苛刻。一般認(rèn)為在這種試驗(yàn)中若裂紋率不超過(guò)20%,那么在焊接實(shí)際結(jié)構(gòu)時(shí)就不致發(fā)生裂紋,因此可以做為初定實(shí)際結(jié)構(gòu)焊接工藝參數(shù)的參考依據(jù)。對(duì)于拘束度較大的實(shí)際焊接接頭,也可以裂紋率為0時(shí)的試驗(yàn)工藝參數(shù)做為實(shí)際結(jié)構(gòu)的參考焊接工藝參數(shù)。第十五頁(yè)，共十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日第四節(jié)利用焊接性試驗(yàn)擬定焊接工藝的基本思路一焊接工藝

在GB1T3375-1994《焊接術(shù)語(yǔ)》中下的定義是：焊接工藝是制造焊件所有關(guān)的加工方法和實(shí)施要求。包括：

1焊前準(zhǔn)備

2選擇焊接方法

3選擇焊接材料

4選擇焊接參數(shù)：例如：焊接電流、電弧電壓、焊接速度等。

5制定工藝措施：例如：預(yù)熱、焊后緩冷、焊后熱處理、焊后去氫處理等。

6制定操作要求

第十六頁(yè)，共十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日二擬定焊接工藝的基本思路

1選擇焊接方法依據(jù)：a被焊材料的種類；

b焊接產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；

c生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本。2選擇焊接材料依據(jù)：a被焊材料的化學(xué)成分或力學(xué)性能；

b產(chǎn)品的工作條件和使用性能要求；

c焊件剛性的大小、幾何形狀的復(fù)雜程度；

d焊接施工條件；

f勞動(dòng)生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)合理性。

第十七頁(yè)，共十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日3選擇焊接參數(shù)（1）利用間接的焊接性試驗(yàn)方法分析材料的焊接性和初步擬定焊接參數(shù)。（2）利用直接的焊接性試驗(yàn)方法對(duì)初步擬定的焊接參數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)和調(diào)整。

a利用工藝焊接性試驗(yàn)（焊接冷裂紋敏感性試驗(yàn)）確定熱輸入