第一章+异种金属的焊接性(3)

1、【主要内容】【主要内容】 焊接的基本理论基础；焊接的基本理论基础； 典型弧焊、压力焊及钎焊的原理、方法及适用场合；典型弧焊、压力焊及钎焊的原理、方法及适用场合； 常用金属材料焊接性、焊接工艺要点；常用金属材料焊接性、焊接工艺要点； 简单介绍粘接技术的一些概念、粘接原理、胶粘简单介绍粘接技术的一些概念、粘接原理、胶粘剂及胶粘工艺剂及胶粘工艺。 v在长期生产实践和科学研究的基础上，人们在长期生产实践和科学研究的基础上，人们发现，某些金属材料具有良好的性能（较高发现，某些金属材料具有良好的性能（较高的强度、塑性和耐蚀性等），是理想的结构的强度、塑性和耐蚀性等），是理想的结构材料，但当人们利用这些材料

2、制造焊接结构材料，但当人们利用这些材料制造焊接结构时却发现，它们往往会在焊接结构实际的应时却发现，它们往往会在焊接结构实际的应用中出现很多问题，这是为什么？用中出现很多问题，这是为什么？ 焊接中焊接中, ,焊接接头中的各种物理化学反应是焊接接头中的各种物理化学反应是在温度和化学成分都处于极不平衡的特定条件在温度和化学成分都处于极不平衡的特定条件下进行的，引起两方面的后果下进行的，引起两方面的后果: : 1.1.在焊接区内在焊接区内产生各种类型的缺陷产生各种类型的缺陷，使焊接接，使焊接接头丧失其连续性；头丧失其连续性；2.2.即使没有产生缺陷，也可能即使没有产生缺陷，也可能降低了某些必要降低了某

3、些必要的性能的性能，影响焊接结构的使用寿命。，影响焊接结构的使用寿命。 因此，因此，单从单从金属本身固有的基本成分和金属本身固有的基本成分和性能，还不性能，还不足以判断足以判断它在焊接时出现什它在焊接时出现什么问题，也不能直接表明焊后接头性能么问题，也不能直接表明焊后接头性能是否满足使用要求。这样就要求人们从是否满足使用要求。这样就要求人们从焊接的角度来分析研究金属某些特有的焊接的角度来分析研究金属某些特有的性能性能焊接性焊接性。一、焊接性及其影响因素一、焊接性及其影响因素1 1、金属焊接性、金属焊接性定义定义 v金属是否能适应焊接加工而形成完整的、具备一定金属是否能适应焊接加工而形成完整的、

4、具备一定使用性能的焊接接头的特性使用性能的焊接接头的特性 含义含义 v金属在焊接加工中形成完整焊接接头的能力即金属金属在焊接加工中形成完整焊接接头的能力即金属对形成缺陷的敏感性对形成缺陷的敏感性（结合性能）（结合性能） v焊成的接头在一定的使用条件下可靠运行的焊成的接头在一定的使用条件下可靠运行的 能力能力 （使用性能）（使用性能） v评价标准：评价标准： 如果某种金属采用简单的焊接工艺就如果某种金属采用简单的焊接工艺就可获得优质焊接接头并且具有良好的使用性能或满可获得优质焊接接头并且具有良好的使用性能或满足技术条件的要求，就称其焊接性好；如果只有采足技术条件的要求，就称其焊接性好；如果只有采

5、用特殊的焊接工艺才能不出缺陷，或者焊接热过程用特殊的焊接工艺才能不出缺陷，或者焊接热过程会使接头热影响区性能显著变坏以至不能满足使用会使接头热影响区性能显著变坏以至不能满足使用要求，则称其焊接性差。要求，则称其焊接性差。 v研究焊接性的目的：研究焊接性的目的：目的在于查明一定的材料在指定的目的在于查明一定的材料在指定的焊接工艺条件下可能出现的问题，以确定焊接工艺的合理性焊接工艺条件下可能出现的问题，以确定焊接工艺的合理性或材料的改进方向。或材料的改进方向。 v焊接性焊接性工艺焊接性：工艺焊接性：在一定焊接工艺条件在一定焊接工艺条件下，能否获得优质致密、无缺陷的焊下，能否获得优质致密、无缺陷的焊

6、接接头的能力。接接头的能力。使用焊接性：使用焊接性：焊接接头或整体结构焊接接头或整体结构满足某种使用性能的程度。满足某种使用性能的程度。2 2、焊接性的分类、焊接性的分类（1 1）工艺焊接性的分类）工艺焊接性的分类 对于熔焊来说，焊接过程一般包括冶金过程和热过对于熔焊来说，焊接过程一般包括冶金过程和热过程这两个必不可少的过程。在焊接接头区域，冶金程这两个必不可少的过程。在焊接接头区域，冶金过程主要影响焊缝金属的组织和性能，而热过程主过程主要影响焊缝金属的组织和性能，而热过程主要影响热影响区的组织和性能。要影响热影响区的组织和性能。v热焊接性热焊接性 在焊接过程条件下，焊接热循环对在焊接过程条件

7、下，焊接热循环对HAZHAZ组织性能组织性能及产生缺陷的影响程度及产生缺陷的影响程度 评定被焊金属对热的敏感性，主要与被焊材质评定被焊金属对热的敏感性，主要与被焊材质及焊接工艺条件有关及焊接工艺条件有关（与焊缝金属不同，焊接时热影响区的化学成分一般不会与焊缝金属不同，焊接时热影响区的化学成分一般不会发生明显的变化，而且不能通过改变焊接材料来进行调整，发生明显的变化，而且不能通过改变焊接材料来进行调整，即使有些元素可以由熔池向熔合区或热影响区粗晶区扩散，即使有些元素可以由熔池向熔合区或热影响区粗晶区扩散，那也是很有限的。为了改善热焊接性，除了选择母材之外，那也是很有限的。为了改善热焊接性，除了选

8、择母材之外，还要正确选定焊接方法和热输入。）还要正确选定焊接方法和热输入。） v冶金焊接性冶金焊接性 冶金反应对焊缝性能和产生缺陷的影响程度冶金反应对焊缝性能和产生缺陷的影响程度 具体来讲是指熔焊高温下的熔池金属与气相、熔渣等相具体来讲是指熔焊高温下的熔池金属与气相、熔渣等相之间发生化学冶金反应所引起的焊接性变化。之间发生化学冶金反应所引起的焊接性变化。 这些冶金反应包括：合金元素的氧化、还原、蒸发；氧、这些冶金反应包括：合金元素的氧化、还原、蒸发；氧、氢、氮等的溶解、析出对生成气孔或对焊缝性能的影响；氢、氮等的溶解、析出对生成气孔或对焊缝性能的影响；在焊缝结晶及冷却过程中，由于焊接熔池的化学

9、成分、在焊缝结晶及冷却过程中，由于焊接熔池的化学成分、凝固结晶条件以及接头区热胀冷缩和拘束应力等影响，凝固结晶条件以及接头区热胀冷缩和拘束应力等影响，对裂纹，特别是热裂纹或冷裂纹的敏感性。对裂纹，特别是热裂纹或冷裂纹的敏感性。 影响焊缝金属化学成分和性能的主要方面影响焊缝金属化学成分和性能的主要方面 （2 2）影响工艺焊接性的因素）影响工艺焊接性的因素1 1）材料因素）材料因素母材或基本金属母材或基本金属焊接材料：焊条、焊丝、焊剂、焊接材料：焊条、焊丝、焊剂、保护气体保护气体 由于这些材料在焊接时将直接参与熔池或半熔化由于这些材料在焊接时将直接参与熔池或半熔化区的冶金反应过程，影响或决定接头的

10、焊接质量，区的冶金反应过程，影响或决定接头的焊接质量，因此是影响焊接性的首要因素。因此是影响焊接性的首要因素。2 2）工艺因素）工艺因素焊接方法焊接方法焊接工艺措施焊接工艺措施对于同一种母材，采用不同的焊接方法和工艺措施，所对于同一种母材，采用不同的焊接方法和工艺措施，所表现出来的焊接性有很大的差异。发展新的焊接方法和表现出来的焊接性有很大的差异。发展新的焊接方法和新的工艺措施是改善工艺焊接性的重要途径。新的工艺措施是改善工艺焊接性的重要途径。 在结构材料和焊接材料选择正确、结构设计合理的情况在结构材料和焊接材料选择正确、结构设计合理的情况下，下，工艺因素是对结构焊接质量起决定性作用的因素。工

11、艺因素是对结构焊接质量起决定性作用的因素。焊接方法对焊接性的影响主要有两个方面：焊接方法对焊接性的影响主要有两个方面： 焊接热源的特点：焊接热源的特点：各种焊接方法所采用的焊接热源在功率、能量密度、各种焊接方法所采用的焊接热源在功率、能量密度、最高加热温度等方面均不同，这可最高加热温度等方面均不同，这可直接改变焊接热循直接改变焊接热循环的各项参数环的各项参数（如峰值温度、高温停留时间及相变区（如峰值温度、高温停留时间及相变区的冷却速度等），从而影响接头的组织和性能。的冷却速度等），从而影响接头的组织和性能。 对熔池和接头附近区域的保护：对熔池和接头附近区域的保护：各种焊接方法对焊接区的保护方式

12、不同，其保护效果和各种焊接方法对焊接区的保护方式不同，其保护效果和保护下的接头质量就有差别，因此保护方式对焊接性也保护下的接头质量就有差别，因此保护方式对焊接性也有影响。有影响。工艺措施工艺措施 焊前预热焊前预热焊后缓冷焊后缓冷 焊后热处理焊后热处理 后热后热合理装配焊接顺序合理装配焊接顺序 工艺措施对防止焊接接头产生缺陷，提高接头使用工艺措施对防止焊接接头产生缺陷，提高接头使用性能至关重要：性能至关重要： 不同板厚、不同接头形式或坡口形状的焊件传热方不同板厚、不同接头形式或坡口形状的焊件传热方向和传热速度不一样，对熔池结晶和晶粒成长有影响向和传热速度不一样，对熔池结晶和晶粒成长有影响 焊接结

13、构设计直接影响接头的刚度、拘束度以及应焊接结构设计直接影响接头的刚度、拘束度以及应力状态，影响接头产生各种裂纹的倾向力状态，影响接头产生各种裂纹的倾向3 3）结构设计因素）结构设计因素（结构和接头形式、焊缝布置）（结构和接头形式、焊缝布置）v在设计焊接结构时，应尽量使接头处于刚度、拘束度在设计焊接结构时，应尽量使接头处于刚度、拘束度较小的状态，以便焊缝能较为自由地收缩，防止裂纹，较小的状态，以便焊缝能较为自由地收缩，防止裂纹，改善材料的焊接性。改善材料的焊接性。例如结构刚度过大或过小，断面突然变化，焊接接头例如结构刚度过大或过小，断面突然变化，焊接接头的缺口效应，过大的焊缝体积以及过于密集的焊

14、缝数的缺口效应，过大的焊缝体积以及过于密集的焊缝数量，都会不同程度地引起应力集中，造成多向应力状量，都会不同程度地引起应力集中，造成多向应力状态而使结构或焊接接头脆断敏感性增加。因此，结构态而使结构或焊接接头脆断敏感性增加。因此，结构设计因素也是影响焊接性的重要因素。设计因素也是影响焊接性的重要因素。 v对体积和重量有要求的焊接结构，对体积和重量有要求的焊接结构，设计中应选择比强设计中应选择比强度较高的材料，如轻合金材料，以达到缩小体积、减度较高的材料，如轻合金材料，以达到缩小体积、减轻重量的目的。轻重量的目的。v对体积和重量无特殊要求的焊接结构，对体积和重量无特殊要求的焊接结构，选用强度等级

15、选用强度等级较高的材料也有其技术经济意义，不仅可减轻结构自较高的材料也有其技术经济意义，不仅可减轻结构自重，节约大量钢材和焊接材料。重，节约大量钢材和焊接材料。 4 4）使用条件）使用条件 工作温度、受载类别、工作环境等工作温度、受载类别、工作环境等 一定工作环境和运行条件要求焊接结构必须一定工作环境和运行条件要求焊接结构必须具有相应的使用性能，因此使用条件的苛刻程具有相应的使用性能，因此使用条件的苛刻程度必然影响到某些金属的焊接性度必然影响到某些金属的焊接性v总之，焊接性与材料、设计、工艺和服役环总之，焊接性与材料、设计、工艺和服役环境等因素有密切关系，人们不可能脱离这些境等因素有密切关系，

16、人们不可能脱离这些因素而简单地认为某种材料的焊接性好或不因素而简单地认为某种材料的焊接性好或不好，也不能只用某一种指标来概括某种材料好，也不能只用某一种指标来概括某种材料的焊接性。的焊接性。3、焊接性分析方法、焊接性分析方法（1 1）从）从金属的特性金属的特性分析焊接性分析焊接性 1 1）化学成分）化学成分u 碳当量法碳当量法 钢材中的各种元素，碳对淬硬及冷裂影响最显钢材中的各种元素，碳对淬硬及冷裂影响最显著，所以有人将钢材中各种元素的作用按照相当于若著，所以有人将钢材中各种元素的作用按照相当于若干含碳量折合并迭加起来，求得所谓的干含碳量折合并迭加起来，求得所谓的“碳当碳当量量”(Ceq)(C

17、eq)，以，以CeqCeq值的大小估价冷裂纹倾向的大小，值的大小估价冷裂纹倾向的大小，认为认为CeqCeq值越小，钢材的焊接性能越好值越小，钢材的焊接性能越好 。u 焊接冷裂纹敏感系数焊接冷裂纹敏感系数 除碳当量外，考虑到焊缝含氢量和接头拘束度除碳当量外，考虑到焊缝含氢量和接头拘束度 2 2）利用物理性能分析）利用物理性能分析 金属的熔点、金属的熔点、导热系数导热系数、密度密度、线胀系数线胀系数、热容量、热容量等因素、都对热循环、熔化、结晶、相变等过程产生影等因素、都对热循环、熔化、结晶、相变等过程产生影响，从而影响焊接性。响，从而影响焊接性。 3 3）利用化学性能分析）利用化学性能分析 考虑

18、焊缝金属被有害元素侵害的倾向性，如铝、考虑焊缝金属被有害元素侵害的倾向性，如铝、钛合金与氧的亲和力较强，在焊接高温下极易氧化因而钛合金与氧的亲和力较强，在焊接高温下极易氧化因而需要采取较可靠的保护方法，如：惰性气体保护焊，真需要采取较可靠的保护方法，如：惰性气体保护焊，真空中焊接等，有时焊缝背面也需要保护。空中焊接等，有时焊缝背面也需要保护。 4 4）利用合金相图分析）利用合金相图分析 主要是分析热裂纹倾向。依照成分范围，查找相主要是分析热裂纹倾向。依照成分范围，查找相图，可知道结晶范围，脆性温度区间的大小，是否图，可知道结晶范围，脆性温度区间的大小，是否形成低熔点共晶物，形成何组织等。形成低

19、熔点共晶物，形成何组织等。 5 5）利用）利用SHCCTSHCCT图分析图分析 SHCCT SHCCT图：焊接连续冷却组织转变图，它反映了焊图：焊接连续冷却组织转变图，它反映了焊接热影响区从高温连续冷却时，热影响区显微组织接热影响区从高温连续冷却时，热影响区显微组织 组织和室温硬度与冷却速度的关系。利用热影响组织和室温硬度与冷却速度的关系。利用热影响区区SHCCTSHCCT图可以方便地图可以方便地预测热影响区组织、性能预测热影响区组织、性能和硬度变化，预测某种钢焊接热影响区的淬硬倾和硬度变化，预测某种钢焊接热影响区的淬硬倾向和产生冷裂纹的可能性向和产生冷裂纹的可能性。同时也可以作为调整。同时也

20、可以作为调整焊接热输入、改进焊接工艺的依据。焊接热输入、改进焊接工艺的依据。（2 2）从）从焊接工艺条件焊接工艺条件分析焊接性分析焊接性 1 1）热源特点）热源特点 各种焊接方法所采用的热源在功率、能量密度、各种焊接方法所采用的热源在功率、能量密度、最高加热温度等方面有很大的差别，使金属在不最高加热温度等方面有很大的差别，使金属在不同工艺条件下焊接时显示出不同的焊接性同工艺条件下焊接时显示出不同的焊接性 2 2）保护方法）保护方法 保护方法是否恰当也会影响金属焊接性的效果保护方法是否恰当也会影响金属焊接性的效果 3 3）热循环的控制）热循环的控制 正确选择焊接工艺规范控制焊接热循环；正确选择焊

21、接工艺规范控制焊接热循环； 预热、缓冷、层间温度改变焊接性预热、缓冷、层间温度改变焊接性 4 4）其它工艺因素）其它工艺因素 彻底清理坡口及其附近；焊接材料处理、烘干、彻底清理坡口及其附近；焊接材料处理、烘干、除锈、保护气体要提纯、去杂质后使用；合理除锈、保护气体要提纯、去杂质后使用；合理安排焊接顺序；正确制定焊接规范。安排焊接顺序；正确制定焊接规范。 二、金属的焊接性试验二、金属的焊接性试验 焊接性试验用于材料焊接性的评定。焊接性试验用于材料焊接性的评定。工工艺焊接性艺焊接性评定的准则是评定焊接接头产评定的准则是评定焊接接头产生工艺缺陷的倾向，为制定合理的焊接生工艺缺陷的倾向，为制定合理的焊

22、接工艺提供依据。工艺提供依据。使用焊接性使用焊接性是评定焊接是评定焊接接头能否满足结构使用性能的要求。其接头能否满足结构使用性能的要求。其评定要根据结构的工作条件和设计上提评定要根据结构的工作条件和设计上提出的技术规定进行。出的技术规定进行。1 1、金属焊接性试验的目的、金属焊接性试验的目的 评定金属材料的焊接性评定金属材料的焊接性 研制和开发新型的焊接材料研制和开发新型的焊接材料 拟定产品的焊接工艺拟定产品的焊接工艺 2 2、焊接性试验内容、焊接性试验内容 （1 1）评价焊缝金属抵抗产生热裂纹的能力）评价焊缝金属抵抗产生热裂纹的能力 热裂纹是在焊接熔池金属结晶过程中，由于热裂纹是在焊接熔池金

23、属结晶过程中，由于存在一些有害元素或低熔点共晶体而在拉伸应力存在一些有害元素或低熔点共晶体而在拉伸应力的作用下产生。热裂纹产生倾向即与母材、焊接的作用下产生。热裂纹产生倾向即与母材、焊接材料有关，又与它们的匹配有关。因此，测定焊材料有关，又与它们的匹配有关。因此，测定焊缝金属抵抗热裂纹的能力，可以有助于合理选择缝金属抵抗热裂纹的能力，可以有助于合理选择和匹配焊接材料，是焊接性试验的一项重要内容。和匹配焊接材料，是焊接性试验的一项重要内容。通常通过通常通过热裂纹敏感指数热裂纹敏感指数和和热裂纹试验热裂纹试验来评定焊来评定焊缝的热裂纹敏感性。缝的热裂纹敏感性。 （2 2）评价焊缝和热影响区金属抵抗

24、产生冷裂纹的能力）评价焊缝和热影响区金属抵抗产生冷裂纹的能力 冷裂纹在合金结构钢焊接中是最为常见的缺陷，冷裂纹在合金结构钢焊接中是最为常见的缺陷，这种缺陷的发生具有延迟性并且危害很大。在焊接热这种缺陷的发生具有延迟性并且危害很大。在焊接热循环作用下，焊缝及热影响区金属由于循环作用下，焊缝及热影响区金属由于组织硬化倾向组织硬化倾向严重严重，在，在拉伸应力拉伸应力和和扩散氢扩散氢共同作用下可能产生生冷共同作用下可能产生生冷裂纹这也是焊接中必须避免的严重缺陷。测定焊缝及裂纹这也是焊接中必须避免的严重缺陷。测定焊缝及热影响区金属抵抗冷裂纹的能力，是焊接性试验中最热影响区金属抵抗冷裂纹的能力，是焊接性试

25、验中最重要而又最常用的一项试验内容。一般通过重要而又最常用的一项试验内容。一般通过间接计算间接计算和和焊接性试验焊接性试验来评定冷裂纹敏感性。来评定冷裂纹敏感性。（3 3）评价焊接接头抵抗脆性转变的能力）评价焊接接头抵抗脆性转变的能力 焊缝及热影响区金属经过冶金反应、结晶、固态焊缝及热影响区金属经过冶金反应、结晶、固态相变等一系列过程，会发生粗晶脆化、组织脆化、热相变等一系列过程，会发生粗晶脆化、组织脆化、热应变时效脆化等，可能导致接头韧性下降，发生所谓应变时效脆化等，可能导致接头韧性下降，发生所谓的焊接接头脆性转变。这对于在低温下工作的焊接结的焊接接头脆性转变。这对于在低温下工作的焊接结构和

26、承受冲击载荷的结构是及其危险的。因此测定焊构和承受冲击载荷的结构是及其危险的。因此测定焊接接头抵抗脆性转变的能力也是焊接性试验经常涉及接接头抵抗脆性转变的能力也是焊接性试验经常涉及的一项内容。的一项内容。 （4 4）评价焊接接头的使用性能）评价焊接接头的使用性能 焊接结构的不同使用条件会对金属焊接性提出不焊接结构的不同使用条件会对金属焊接性提出不同的性能要求，因此还必须从使用角度来制定焊接性同的性能要求，因此还必须从使用角度来制定焊接性试验。主要包括力学性能和产品要求的其他使用性能，试验。主要包括力学性能和产品要求的其他使用性能，如不锈钢的耐腐蚀性、低温钢的低温冲击韧性、耐热如不锈钢的耐腐蚀性

27、、低温钢的低温冲击韧性、耐热钢的高温蠕变强度或持久强度等试验钢的高温蠕变强度或持久强度等试验。 （1 1）模拟类方法：）模拟类方法： 这类焊接性评定方法一般不需要进行实际焊这类焊接性评定方法一般不需要进行实际焊接，只是利用焊接热模拟装置，模拟焊接热循环，接，只是利用焊接热模拟装置，模拟焊接热循环，人为制造缺口或电解充氢等，估价材料焊接过程人为制造缺口或电解充氢等，估价材料焊接过程中焊缝或热影响区可能发生的组织性能变化和出中焊缝或热影响区可能发生的组织性能变化和出现的问题，为制定合理的焊接工艺提供依据。现的问题，为制定合理的焊接工艺提供依据。3 3、焊接性试验方法分类、焊接性试验方法分类特点：特

28、点：节约材料和工时，试验周期短；节约材料和工时，试验周期短；可以将接头内某一区域局部放大，从而使有些因可以将接头内某一区域局部放大，从而使有些因素孤立出来，便于分析研究和寻求改善焊接性的素孤立出来，便于分析研究和寻求改善焊接性的途径；途径；和实际焊接相比有一些差别，因为很多条件是被和实际焊接相比有一些差别，因为很多条件是被简化了的。简化了的。 常用方法：常用方法：热模拟法、热一应力模拟试验热模拟法、热一应力模拟试验（2 2）实焊类方法）实焊类方法 这类方法是比较直观地对施焊的接头甚至产这类方法是比较直观地对施焊的接头甚至产品进行检查，焊接接头是否发生缺陷或在使用条品进行检查，焊接接头是否发生缺

29、陷或在使用条件下进行各种性能试验，以实际试验结果来评定件下进行各种性能试验，以实际试验结果来评定其焊接性。其焊接性。常用方法：常用方法：斜斜Y Y坡口对接裂纹试验、窗口拘束试验、坡口对接裂纹试验、窗口拘束试验、刚性固定对接裂纹试验以及不锈钢晶间腐蚀试验。刚性固定对接裂纹试验以及不锈钢晶间腐蚀试验。 （3 3）理论计算类方法）理论计算类方法 这是一类在大量生产和科学研究经验的基础上归这是一类在大量生产和科学研究经验的基础上归纳总结出来的理论计算方法。它们主要依据母材或焊缝纳总结出来的理论计算方法。它们主要依据母材或焊缝金属的化学成分，加上某些其它条件（如接头拘束度、金属的化学成分，加上某些其它条

30、件（如接头拘束度、焊缝扩散氢含量），然后通过一定的经验公式计算，估焊缝扩散氢含量），然后通过一定的经验公式计算，估计冷裂、热裂、再热裂纹的倾向大小。计冷裂、热裂、再热裂纹的倾向大小。 由于是经验公式，这类方法的应用是有条件限制由于是经验公式，这类方法的应用是有条件限制的，的， 而且大多是间接、粗略估计焊接性问题。而且大多是间接、粗略估计焊接性问题。 常用方法：常用方法：碳当量法、冷裂敏感指数法、热影响碳当量法、冷裂敏感指数法、热影响区最区最 高硬度法等高硬度法等焊接性试验方法工艺焊接性使用焊接性直接法间接法焊接热裂纹试验焊接冷裂纹试验再热裂纹试验层状撕裂试验热应变时效脆化试验由碳当量推测焊接性

31、裂纹敏感指数及临界应力裂纹敏感性的临界冷却时间连续冷却组织转变图断口分析、金相组织分析焊接热影响区最高硬度焊接热、力模拟试验直接法间接法实际产品结构运行的服役试验压力容器的爆破试验焊缝及接头的常规力学性能试验焊缝及接头的低温脆性试验焊缝及接头的断裂韧性试验焊缝及接头的高温性能试验焊缝及接头的疲劳、动载试验焊缝及接头的抗腐蚀性试验应力腐蚀开裂试验4 4、选择或制定焊接性试验方法的原则、选择或制定焊接性试验方法的原则 评定焊接性的试验方法多种多样，且每种试验评定焊接性的试验方法多种多样，且每种试验的研究角度、试验条件、适用范围、难易程度以的研究角度、试验条件、适用范围、难易程度以及试验精度等都有较

32、大差别。一般情况下，正确、及试验精度等都有较大差别。一般情况下，正确、快速选择已有的或设计新的焊接性试验方法应把快速选择已有的或设计新的焊接性试验方法应把握以下几个基本原则：握以下几个基本原则：（1 1）应尽量使试验条件与实际焊接条件一致（针对性）应尽量使试验条件与实际焊接条件一致（针对性） 焊接性试验条件应尽可能接近实际焊接时的条件，只焊接性试验条件应尽可能接近实际焊接时的条件，只有这样才能使焊接性试验具有较强的针对性，才有可能有这样才能使焊接性试验具有较强的针对性，才有可能使试验结果比较确切地反映实际焊接结构的焊接性本质使试验结果比较确切地反映实际焊接结构的焊接性本质, , 试验结果也才能

33、比较确切地显示出实际生产时会出现什试验结果也才能比较确切地显示出实际生产时会出现什么问题或可能获得的结果。么问题或可能获得的结果。（2 2）试验结果应稳定可靠，具有较好的再现性（可靠性）试验结果应稳定可靠，具有较好的再现性（可靠性）v试验数据应稳定、准确，不能过于分散，否则很难准确试验数据应稳定、准确，不能过于分散，否则很难准确显示出变化规律和导出正确的结论显示出变化规律和导出正确的结论v较好的再现性能较好地展现实际接头中存在的问题，并较好的再现性能较好地展现实际接头中存在的问题，并确保试验结果的准确性确保试验结果的准确性（3 3）应注意试验方法的经济性）应注意试验方法的经济性（经济性）经济性

34、） 在符合上述原则并可获得可靠的试验结果的前在符合上述原则并可获得可靠的试验结果的前提下，应尽量选择仪器设备相对简单、试样加工比较提下，应尽量选择仪器设备相对简单、试样加工比较容易，而且材料消耗较少，试验周期较短的试验方法，容易，而且材料消耗较少，试验周期较短的试验方法，以节约试验经费。以节约试验经费。 评定焊接性的方法分为评定焊接性的方法分为间接法间接法和和直接试验法直接试验法两两类。类。间接方法间接方法是以化学成分、热模拟组织和性能、是以化学成分、热模拟组织和性能、焊接连续冷却转变图（焊接连续冷却转变图（CCTCCT图）以及焊接热影响区的图）以及焊接热影响区的最高硬度等来判断焊接性，各种碳

35、当量公式和裂纹最高硬度等来判断焊接性，各种碳当量公式和裂纹敏感指数经验公式等也都属于焊接性的间接评定方敏感指数经验公式等也都属于焊接性的间接评定方法。法。直接试验法直接试验法主要是指各种抗裂性试验以及对实主要是指各种抗裂性试验以及对实际焊接结构焊缝和接头的各种性能试验等。际焊接结构焊缝和接头的各种性能试验等。三、常用工艺焊接性试验方法三、常用工艺焊接性试验方法1、焊接热裂纹试验方法焊接热裂纹试验方法 焊接热裂纹是在焊接过程中在高温下产生的一种裂焊接热裂纹是在焊接过程中在高温下产生的一种裂纹，其特征大多数是沿原奥氏体晶界扩展和开裂。下表纹，其特征大多数是沿原奥氏体晶界扩展和开裂。下表列出几种常用

36、的低合金钢焊接热裂纹试验方法。列出几种常用的低合金钢焊接热裂纹试验方法。表表1 1 常用的低合金钢焊接热裂纹试验方法常用的低合金钢焊接热裂纹试验方法 主要用于评定低合金钢各种热裂纹（结晶裂纹、主要用于评定低合金钢各种热裂纹（结晶裂纹、液化裂纹等）敏感性。这种方法的原理是在焊缝液化裂纹等）敏感性。这种方法的原理是在焊缝凝固后期施加不同的应变来研究产生裂纹的规律。凝固后期施加不同的应变来研究产生裂纹的规律。当外加应变值在某一温度区间超过焊缝或热影响当外加应变值在某一温度区间超过焊缝或热影响区金属的塑性变形能力时，就会出现热裂纹，以区金属的塑性变形能力时，就会出现热裂纹，以此来评定产生焊接热裂纹的敏

37、感性。此来评定产生焊接热裂纹的敏感性。（1 1）可调拘束裂纹试验方法）可调拘束裂纹试验方法 1 1）试验原理）试验原理 试验时，把试板安装在弧试验时，把试板安装在弧形模块上，右端用压板和螺栓形模块上，右端用压板和螺栓固定，然后在试板上熔敷一条固定，然后在试板上熔敷一条焊道，焊接到焊道，焊接到A A点时，在试板点时，在试板左端施加压力左端施加压力F F，使试板紧贴，使试板紧贴弧形模块。试板焊缝表面承受弧形模块。试板焊缝表面承受拉伸应变拉伸应变，的大小可通过的大小可通过变换不同曲率变换不同曲率R R的弧形模块进的弧形模块进行调整，行调整，R R越小，焊缝承受的越小，焊缝承受的拉伸应变拉伸应变越大，

38、当越大，当达到某达到某一临界值时，一临界值时， A A点焊缝或热影点焊缝或热影响金属承受的拉伸应变将超过响金属承受的拉伸应变将超过变形能力而产生裂纹。变形能力而产生裂纹。 根据试验目的的不同，可确定进行横向或纵向根据试验目的的不同，可确定进行横向或纵向可调拘束裂纹试验，两者的试验设备及过程均相同，可调拘束裂纹试验，两者的试验设备及过程均相同，焊缝承受的拉伸应变方向及试件尺寸不同。试验时，焊缝承受的拉伸应变方向及试件尺寸不同。试验时，只需将焊接方向改变只需将焊接方向改变9090度即可度即可2 2）适用范围）适用范围横向可调拘束裂纹试验主要用于测试焊缝中的结晶横向可调拘束裂纹试验主要用于测试焊缝中

39、的结晶裂纹和多变化裂纹；裂纹和多变化裂纹；纵向可调拘束裂纹试验主要用于考核焊缝中的结晶纵向可调拘束裂纹试验主要用于考核焊缝中的结晶裂纹和液化裂纹；裂纹和液化裂纹；（2 2）压板对接（）压板对接（FISCOFISCO）焊接裂纹试验）焊接裂纹试验 主要用于评定低合金钢焊缝金属的热裂纹敏感性，主要用于评定低合金钢焊缝金属的热裂纹敏感性，也可以做钢材与焊条匹配的性能试验。试验装置如图也可以做钢材与焊条匹配的性能试验。试验装置如图2 2所示。在所示。在C C形夹具中，垂直方向用形夹具中，垂直方向用1414个紧固螺栓以个紧固螺栓以3 310105 5N N的力压紧试板，横向用的力压紧试板，横向用4 4个螺

40、栓以个螺栓以6 610104 4N N的力的力定位，把试板牢牢固定在试验装置内。定位，把试板牢牢固定在试验装置内。图图2 2 压板对接（压板对接（FISCOFISCO）试验装置）试验装置1C1C形拘束框架形拘束框架 2 2试板试板 33紧固螺栓紧固螺栓 44齿形底齿形底座座 55定位塞片定位塞片 66调节板调节板图图3 3 压板对接（压板对接（FISCOFISCO）试板尺寸及裂纹计算）试板尺寸及裂纹计算 a a) ) 试板尺寸试板尺寸 b b) ) 焊缝裂纹长度计算焊缝裂纹长度计算1)1)试件制备试件制备 试件的形状与尺寸如图试件的形状与尺寸如图3a3a所示。坡所示。坡口形状为口形状为I I形

41、，厚板时可用形，厚板时可用Y Y形坡口，采用机械加形坡口，采用机械加工，坡口附近表面要打磨干净。工，坡口附近表面要打磨干净。2)2)试验步骤试验步骤 将试件安装在试验装置内，在试件坡口将试件安装在试验装置内，在试件坡口的两端按试验要求装入相应尺寸的定位塞片，以的两端按试验要求装入相应尺寸的定位塞片，以保证坡口间隙（变化范围保证坡口间隙（变化范围0-6mm0-6mm）。先将横向螺）。先将横向螺栓紧固，再将垂直方向的螺栓用指针式扭力扳手栓紧固，再将垂直方向的螺栓用指针式扭力扳手紧固。紧固。 图图3a3a所示顺序焊接所示顺序焊接4 4条长度约条长度约40mm40mm的试验焊缝，焊的试验焊缝，焊缝间距

42、约缝间距约10mm10mm，弧坑不必填满。焊后经过，弧坑不必填满。焊后经过10min10min后后将试件从装置上取出，待试件冷却至室温后，将试将试件从装置上取出，待试件冷却至室温后，将试板沿焊缝纵向弯断，观察断面有无裂纹并测量裂纹板沿焊缝纵向弯断，观察断面有无裂纹并测量裂纹长度，如图长度，如图3b3b所示。所示。3) 3) 裂纹率计算方法裂纹率计算方法 对对4 4条焊缝断面上测得的裂纹长条焊缝断面上测得的裂纹长度按下式计算其裂纹率，即：度按下式计算其裂纹率，即： 式中式中 Cf Cf 压板对接（压板对接（FISCOFISCO）试验的裂纹率（）试验的裂纹率（% %）；）； lili44条试验焊缝

43、的裂纹长度之和（条试验焊缝的裂纹长度之和（mmmm）；）； LiLi44条试验焊缝的长度之和（条试验焊缝的长度之和（mmmm）。）。%100iifLlC2 2、焊接冷裂纹敏感性试验方法、焊接冷裂纹敏感性试验方法 （1 1） 促进焊接冷裂纹产生的三大主要因素促进焊接冷裂纹产生的三大主要因素 a. a. 淬硬组织淬硬组织 b. b. 扩散氢扩散氢 c. c. 拘束应力拘束应力（2 2）斜）斜Y Y坡口对接裂纹试验坡口对接裂纹试验 （Y-slit Type Cracking TestY-slit Type Cracking Test，GB/T4675.1-1984GB/T4675.1-1984，小铁

44、研试验）小铁研试验） 1 1）适用范围）适用范围评定低合金结构钢焊缝以及评定低合金结构钢焊缝以及HAZHAZ的冷裂倾向的冷裂倾向 2 2）试验原理）试验原理斜斜Y Y坡口对接裂纹试验试样及尺寸坡口对接裂纹试验试样及尺寸 v试件制备试件制备 试板形状及尺寸如图所示。被焊钢材板厚试板形状及尺寸如图所示。被焊钢材板厚=9-=9-38mm38mm。对接接头坡口用机械方法加工。试板两端各。对接接头坡口用机械方法加工。试板两端各在在60mm60mm范围内施焊拘束焊缝，采用双面焊。保证中范围内施焊拘束焊缝，采用双面焊。保证中间待焊试样焊缝处有间待焊试样焊缝处有2mm2mm间隙。间隙。v试验条件试验条件 试验

45、焊缝选用的焊条应与母材相匹配，所用焊条应试验焊缝选用的焊条应与母材相匹配，所用焊条应严格烘干。推荐采用下列焊接参数：焊条直径严格烘干。推荐采用下列焊接参数：焊条直径4mm4mm，焊接电流（焊接电流（1701701010）A A，焊接电压（，焊接电压（24242 2）V V，焊，焊接速度（接速度（1501501010）mm/minmm/min。a) a) 焊条电弧焊试验焊缝焊条电弧焊试验焊缝 b) b) 焊丝自动送进的试验焊丝自动送进的试验 试验焊缝可在各种不同温度下施焊，试验焊缝只焊试验焊缝可在各种不同温度下施焊，试验焊缝只焊一道，不填满坡口。焊后静置和自然冷却一道，不填满坡口。焊后静置和自然

46、冷却24h24h后截后截取试样和进行裂纹检测。取试样和进行裂纹检测。 检测与裂纹率计算检测与裂纹率计算 用肉眼或手持用肉眼或手持5-105-10倍放大镜来倍放大镜来检测焊缝和热影响区的表面和断面是否有裂纹。按检测焊缝和热影响区的表面和断面是否有裂纹。按下列方法分别计算试样的表面裂纹率、根部裂纹率下列方法分别计算试样的表面裂纹率、根部裂纹率和断面裂纹率。和断面裂纹率。试验焊缝长度纵断面上裂纹长度总和根部裂纹率100 100%llCCR试验焊缝长度表面裂纹长度总和表面裂纹率100 100%llCCF焊缝厚度横断面上裂纹深度总和断面裂纹率100100%5Hh3 3）评定准则）评定准则 由于该试验接头

47、的拘束度很大，远超过了实际由于该试验接头的拘束度很大，远超过了实际对接接头的拘束度，且试件坡口为斜对接接头的拘束度，且试件坡口为斜Y Y型，应力集中型，应力集中程度大，其试验条件苛刻，一般认为试验中裂纹率程度大，其试验条件苛刻，一般认为试验中裂纹率20%20%，实际构件不发生冷裂纹，实际构件不发生冷裂纹4 4）特点）特点v优点优点: : 1 1 不需要专用设备不需要专用设备2 2 在施工现场可以应用在施工现场可以应用 v缺点缺点: : 要进行大量的解剖检查要进行大量的解剖检查 （3 3）插销试验）插销试验 是测定低合金钢焊接热影响区冷裂纹敏感性的一种定是测定低合金钢焊接热影响区冷裂纹敏感性的一

48、种定量试验方法。这种方法因消耗材料少、试验结果稳定，量试验方法。这种方法因消耗材料少、试验结果稳定，所以应用较广泛。所以应用较广泛。 1 1）作用）作用主要用来考核材料的氢致延迟裂纹敏感性主要用来考核材料的氢致延迟裂纹敏感性也可用来考核再热裂纹和层状撕裂等的敏感性也可用来考核再热裂纹和层状撕裂等的敏感性2 2）试验原理）试验原理图图4 4 插销试棒的形状插销试棒的形状a a) ) 环形缺口插销环形缺口插销 b b) ) 螺形缺口插销螺形缺口插销图图5 5 插销试棒插销试棒、底板及熔敷焊道、底板及熔敷焊道a a) ) 环形缺口插销环形缺口插销 b b) ) 螺形缺口插销螺形缺口插销v试样制备试样

49、制备 将被焊钢材加工成圆柱形的插销试棒，将被焊钢材加工成圆柱形的插销试棒，插销试棒的形状如图插销试棒的形状如图4 4所示。试棒上端附近有环形所示。试棒上端附近有环形或螺形缺口。将插销试棒插入底板相应的孔中，或螺形缺口。将插销试棒插入底板相应的孔中，使带缺口一端与底板表面平齐，如图使带缺口一端与底板表面平齐，如图5 5所示。所示。v试验过程试验过程 按选定的焊接方法和严格控制的工艺按选定的焊接方法和严格控制的工艺参数，在底板上熔敷一层堆焊焊道，焊道中心线参数，在底板上熔敷一层堆焊焊道，焊道中心线通过试棒的中心，其熔深应使缺口尖端位于热影通过试棒的中心，其熔深应使缺口尖端位于热影响区的粗晶区。焊道

50、长度响区的粗晶区。焊道长度L L约约100-150mm100-150mm。v缺口温度降到缺口温度降到150150时加载，直到试棒断裂，需要一时加载，直到试棒断裂，需要一定的时间。在较大的外加载荷定的时间。在较大的外加载荷P1P1下测得一个断裂时下测得一个断裂时间间t1t1，然后减小外载，然后减小外载，P2P2又对应一个断裂时间又对应一个断裂时间t2t2，然后再减小外载，这样一直持续下去，直到试棒能然后再减小外载，这样一直持续下去，直到试棒能够保持够保持1616小时也不断裂（有预热的话，要至少小时也不断裂（有预热的话，要至少2424小小时），这时所加的载荷就是临界载荷，对应的应力时），这时所加的

51、载荷就是临界载荷，对应的应力就是临界应力。材料的临界应力小冷裂倾向大。因就是临界应力。材料的临界应力小冷裂倾向大。因为开裂条件是：为开裂条件是：crcr，所以，所以crcr越大越好越大越好 3 3）评定指标）评定指标: : 临界应力临界应力4 4）插销试验的特点）插销试验的特点优点优点: :节省材料（试棒小）节省材料（试棒小） 2. 2.可定量分析裂纹敏感性与应力的关系可定量分析裂纹敏感性与应力的关系3.3.热循环接近实际焊接热循环，通过调整基体板热循环接近实际焊接热循环，通过调整基体板板厚就可调整焊接热循环板厚就可调整焊接热循环4.4.无需解剖试件无需解剖试件 缺点缺点: : 需要专用设备需

52、要专用设备, ,不适合现场用不适合现场用 3 3、碳当量方法、碳当量方法 钢材的化学成分是直接影响钢材的化学成分是直接影响HAZHAZ淬硬倾向和冷裂淬硬倾向和冷裂倾向的重要因素之一。因此，利用化学成分可间接倾向的重要因素之一。因此，利用化学成分可间接分析钢材的焊接性。分析钢材的焊接性。（1 1）碳当量碳当量(Ceq):(Ceq): 将钢材中各种元素对淬硬倾向和冷裂纹的作用按将钢材中各种元素对淬硬倾向和冷裂纹的作用按照相当于若干含碳量的作用折合，并把折合后的碳照相当于若干含碳量的作用折合，并把折合后的碳量迭加起来。量迭加起来。国际焊接协会推荐国际焊接协会推荐 Ceq =C+Mn/6+(Cr+Mo

53、+V)/5+(Ni+Cu)/15 (%) Ceq =C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 (%) 适用范围：适用范围：中、高强度的非调质低合金高强钢（强度中、高强度的非调质低合金高强钢（强度为为 500500900MPa900MPa） 判据：判据：v当当Ceq 0.45%Ceq 0.45%，且板厚小于，且板厚小于25mm25mm时，可不预热；时，可不预热；v当当Ceq Ceq 0.41%0.41%且且C0.207C0.207时，板厚小于时，板厚小于37mm37mm可不可不预热。预热。 美国焊接学会（美国焊接学会（AWSAWS）推荐）推荐 Ceq = C + Mn/6 +

54、Si/24 + Ni/15 + Cr/5 + Mo/4 + Ceq = C + Mn/6 + Si/24 + Ni/15 + Cr/5 + Mo/4 + (Cu/13 + P/2)(%) (Cu/13 + P/2)(%) 适用范围：适用范围：vC0.6 %C0.6 %；Mn1.6%Mn1.6%；Ni3.3%Ni3.3%；Cr1.0%Cr1.0%；Mo0.6%Mo0.6%；CuCu0.50.51%1%，P =0.05P =0.050.15%0.15%，当，当Cu0.5Cu0.5或或P0.05 %P0.5%0.5%时，钢材易淬硬，焊接性变差，焊接时需预热才时，钢材易淬硬，焊接性变差，焊接时需预热才

55、能防止裂纹，随板厚增大预热温度相应提高。能防止裂纹，随板厚增大预热温度相应提高。 Ceq0.6%Ceq0.6% 钢材的冷裂倾向大，焊接性差，采取严格钢材的冷裂倾向大，焊接性差，采取严格的工艺措施，如焊前预热，焊后热处理，严格控制线的工艺措施，如焊前预热，焊后热处理，严格控制线能量等。能量等。 2) 2) 使用日本工业标准（使用日本工业标准（JISJIS）的碳当量公式时，）的碳当量公式时，当钢当钢板厚度板厚度25mm25mm和采用焊条电弧焊时（焊接热输入和采用焊条电弧焊时（焊接热输入为为17kJ/cm17kJ/cm），对于不同强度级别的钢材规定了不产），对于不同强度级别的钢材规定了不产生裂纹的碳

56、当量界限和相应的预热措施，见表。生裂纹的碳当量界限和相应的预热措施，见表。 单纯用单纯用CeqCeq值估价材料的冷裂倾向比较片面，值估价材料的冷裂倾向比较片面，因为因为它仅考虑了材料的化学成分对冷裂纹的影响，忽略了焊它仅考虑了材料的化学成分对冷裂纹的影响，忽略了焊缝含氢量、接头拘束度和热循环等重要因素，因此碳当缝含氢量、接头拘束度和热循环等重要因素，因此碳当量不能用于判断实际焊接时是否一定产生冷裂纹。日本量不能用于判断实际焊接时是否一定产生冷裂纹。日本学者采用学者采用Y Y形坡口形坡口“铁研试验铁研试验”对对200200多种不同成分的钢多种不同成分的钢材、不同厚度及不同的焊缝含氢量进行试验，提

57、出了与材、不同厚度及不同的焊缝含氢量进行试验，提出了与化学成分、扩散氢和拘束度（或板厚）相联系的冷裂纹化学成分、扩散氢和拘束度（或板厚）相联系的冷裂纹敏感性指数等公式。敏感性指数等公式。4 4、冷裂敏感指数、冷裂敏感指数 vH H扩散氢含量（扩散氢含量（ml/100gml/100g）；）；h h板厚（板厚（mmmm）；）； vPwPw考虑到拘束度的焊接裂纹敏感指数（）；考虑到拘束度的焊接裂纹敏感指数（）；vPcPc焊接裂纹敏感指数（）；焊接裂纹敏感指数（）；vR RF F焊缝拉伸拘束度焊缝拉伸拘束度N/(mm2)N/(mm2)；vP Pcmcm为合金元素的冷裂敏感系数（）为合金元素的冷裂敏感系数（） 冷裂敏感指数越小，钢材的冷裂倾向越小，同时利用冷裂敏感指数越小，钢材的冷裂倾向越小，同时利用冷裂敏感指数还可以确定斜冷裂敏感指数