金屬焊接性及其試驗方法

青海大學機械系1第六章

金屬焊接性及其實驗方法青海大學機械系2主要內容第一節(jié)金屬焊接性的概念第二節(jié)焊接性的試驗第三節(jié)常用焊接性試驗方法青海大學機械系3

金屬材料在焊接過程中要經過加熱、熔化、化學反應、結晶、冷卻、固態(tài)相變等一系列復雜的過程，以上的過程都是在溫度、成分、應力極不平衡的條件下進行，有可能在焊接過程中形成缺陷，或使金屬的焊接性能滿足不了使用需求．為了從焊接角度分析金屬的某些特定的性能，就提出了所謂焊接性的問題．青海大學機械系4第一節(jié)金屬焊接性概念

一.金屬焊接性舊概念：金屬材料是否適合焊接加工并形成完整焊接接頭的性能．新概念：金屬是否適應焊接加工而形成完整的、具備一定使用性能的焊接接頭的性能.金屬焊接性的概念含兩方面的內容：加工性能、使用性能．青海大學機械系5

加工性能：包含材料的物理化學性能、焊接過程中表現(xiàn)出來的局部特性以及焊接工藝性能，在焊接填充材料等的影響下，焊接過程中金屬材料表現(xiàn)的特性。使用性能:不考慮加工過程而只從使用角度出發(fā)對焊接接頭提出的性能要求．青海大學機械系6金屬焊接性的評價：焊接過程簡單.接頭質量高.接頭使用性能好，金屬材料的焊接性好．焊接過程復雜.接頭質量差.接頭使用性能差，金屬材料的焊接性差．青海大學機械系7

二.分析金屬的焊接性１.從金屬的特性分析焊接性（１）利用化學成分進行分析：碳當量法：通過各種計算把金屬材料中各元素的含量按相當于若干含碳量折合并疊加起來求得所謂的碳當量（ＣＥ或Ｃeq），用此來估算冷裂紋傾向的大?。畤H焊接學會（ＩＩＷ）：適用于中高強度的非調質低合金高強鋼，ＣＥ≤０.４５％，焊接厚度２５㎜的板件可以不預熱，ＣＥ＜０.４１％時，焊接厚度為３７㎜的板件可以不預熱．青海大學機械系8

日本JIS和美國焊接學會采用Ｃeq值來進行焊接性的分析，通過相應的計算公式進行計算，列出了焊接性與Ｃeq值的關系圖。作為制定焊接工藝的依據(jù)。

青海大學機械系9不同條件下的預熱要求：焊接性酸性焊條低氫焊條消除應力敲擊處理Ⅰ優(yōu)良不需預熱不需預熱不需不需Ⅱ較好預熱４０～１００℃－１０℃以上不需預熱任意任意Ⅲ尚好預熱１５０℃預熱４０～１００℃希望希望Ⅳ可以預熱１５０～２００℃預熱１００℃必要希望青海大學機械系10

焊接冷裂紋敏感指數(shù)法：焊縫含氫量和接頭拘束度對冷裂傾向有很大影響，通過對不同成分的鋼材、不同厚度及不同焊縫的含氫量進行試驗，求得焊接冷裂紋敏感指數(shù)ＰＣ，提出為防止冷裂紋所需要的最低預熱溫度．青海大學機械系11（２）利用物理性能分析：利用金屬的熔點、導熱系數(shù)、線膨脹系數(shù)、密度、熱容量等因素對熱循環(huán)、熔化、結晶、相變等過程的影響進行焊接性分析．（３）利用化學性能分析：化學性能的活潑程度、與氧的親和力等性能，為確保焊接性可采取相應的工藝措施．青海大學機械系12（４）利用合金相圖進行分析：被焊材料大部分是合金材料或含有某些雜質元素，可以利用相圖分析它們的焊接性問題．（５）利用ＣＣＴ圖和ＳＨＣＣＴ圖分析：兩個圖上的曲線可以大體說明不同焊接熱循環(huán)條件下會獲得什么樣的金相組織和硬度，可以估計有無冷裂的危險，以便確定合適的焊接工藝條件，確保金屬材料的焊接性．

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以上的五種方法每一種都有其特色和局限性，在使用過程中應根據(jù)實際條件加以綜合。除此之外，金屬焊前的熱處理狀態(tài)也是分析焊接性需要考慮的因素，如調質處理的高強鋼，焊接熱循環(huán)作用后在熱影響區(qū)必然會出現(xiàn)局部軟化，就必須盡量縮小軟化區(qū)或采取其它方法加以彌補．青海大學機械系14

２、從焊接工藝條件分析焊接性（１）熱源特點：各種焊接方法所采用的熱源在功率、能量密度、最高加熱溫度等方面有很大的差別，從而影響焊接質量，使金屬在不同工藝條件下表現(xiàn)出來的焊接性有很大的差別，在選擇過程中應予以充分的考慮．（２）保護方法：焊接過程中對熔池和熱影響區(qū)的保護有氣保護、渣保護、氣渣聯(lián)合保護、真空保護等，氣保護中還有惰性氣體保護、活性氣體保護等，保護方法選擇是否合理直接影響金屬的焊接性．青海大學機械系15

（３）熱循環(huán)控制：預熱、緩冷、層間溫度控制等工藝措施可以不同程度的改變金屬焊接性．（４）其他工藝因素：清理工作、規(guī)范處理焊接材料、合理安排焊接順序、正確制定焊接規(guī)范是必須把握的環(huán)節(jié)．青海大學機械系16第二節(jié)焊接性的試驗一.焊接性試驗的內容(一)焊縫金屬抵抗產生熱裂紋的能力熱裂紋試驗與焊接材料關系密切,母材也有一定的影響.(二)焊縫及焊接熱影響區(qū)金屬抵抗產生冷裂紋的能力冷裂紋試驗是針對母材進行的試驗青海大學機械系17(三)焊接接頭抗脆性轉變能力焊接接頭抗脆性轉變能力也是焊接性試驗常常涉及的一項內容。(四)焊接接頭的使用性能根據(jù)特定的使用環(huán)境制定專門的試驗方法如：應力、腐蝕、蠕變輻射等.青海大學機械系18

二焊接性試驗方法的分類

(一)直接模擬試驗類方法仿造實際焊接條件,通過觀察是否發(fā)生某些焊接缺陷或發(fā)生缺陷的程度,直觀的評價焊接性的優(yōu)劣.

常采用的方法有:焊接冷裂紋試驗、焊接熱裂紋試驗、再熱裂紋試驗、層狀撕裂試驗、應力腐蝕裂紋試驗、脆性斷裂試驗.青海大學機械系19

(二)間接推算類方法:

不需要焊接焊縫,而是根據(jù)材料的化學成分、金相組織、力學性能之間的關系,聯(lián)系焊接熱循環(huán)過程進行推測和評估,從而確定焊接性的好壞和合適的焊接條件.使用的方法主要有:碳當量法、焊接裂紋敏感指數(shù)法、連續(xù)冷卻組織轉變曲線法、焊接熱---應力模擬法、焊接熱影響區(qū)最高硬度法及斷口金相分析等.

青海大學機械系20（三)使用性能試驗類:

將施焊的焊接接頭甚至產品在使用條件下進行各方面性能的試驗,以試驗結果來評定焊接性.如:焊縫及接頭的拉伸、彎曲、沖擊等力學性能、高溫蠕變及持久強度試驗、斷裂韌性試驗、低溫脆性試驗、耐腐蝕及磨蝕試驗、疲勞試驗等.青海大學機械系21三、選擇或制定焊接性試驗

方法的原則1.焊接性試驗條件要盡量與實際焊接時的條件相一致.2.焊接性試驗的結果要穩(wěn)定可靠,具有較好的再現(xiàn)性.3.注意焊接性試驗方法的經濟性.青海大學機械系22第三節(jié)常用的焊接性

試驗方法一、斜Y形坡口焊接裂紋試驗法主要用于評定碳鋼和低合金高強鋼焊接熱影響區(qū)對冷裂紋的敏感性,試驗坡口如課本所示，焊接條件為:焊條直徑4㎜,焊接電流160-180A,電弧電壓22-26V,焊接速度

140-160㎜/min.青海大學機械系23青海大學機械系24試驗焊縫的焊接方式

手弧焊自動送進焊條電弧焊青海大學機械系25二、插銷試驗主要測定鋼材焊接熱影響區(qū)冷裂紋敏感性的一種定量試驗方法．經適當改變，也可以用于測定再熱裂紋敏感性和層狀撕裂敏感性．具有鋼材消耗量小、試驗結果穩(wěn)定可靠等優(yōu)點，在國內外得到廣泛應用。其工作簡圖和缺口試棒參見課本或《焊接工藝手冊》。青海大學機械系26青海大學機械系27試樣上裂紋長度計算青海大學機械系28

三、壓板對接焊接裂紋試驗法：主要用于評定熱裂紋敏感性，也可做鋼材和焊條匹配性的試驗．工作圖和試驗過程參閱教材或《焊接手冊》。四、可調拘束裂紋試驗法主要用于評定熱裂紋敏感性，試驗分為縱向和橫向兩種．橫向試驗主要用于測試焊縫中央的結晶裂紋和高溫失塑裂紋；縱向試驗主要用于測試結晶裂紋和液化裂紋．

青海大學機械系29青海大學機械系30試驗試板尺寸及焊縫的位置青海大學機械系31可調拘束裂紋試驗示意圖青海大學機械系32五、其它焊接性試驗方法簡介（一）拉伸拘束裂紋試驗（二）剛性拘束裂紋試驗（三）剛性固定對接裂紋試驗（四）窗形拘束裂紋試驗（五）Ｚ向拉