焊接基础知识

焊接基础知识第1页，课件共18页，创作于2023年2月中国石化第四建设公司金属焊接性：金属材料在限定的施工条件下，焊接成规定设计要求的构件，并满足预定服役要求的能力。即材料对焊接加工的适应性和使用的可靠性。焊接性可分为工艺焊接性和使用焊接性。工艺焊接性，是指在一定焊接工艺条件下,能否获得优质、无缺陷的焊接接头的能力。对于一般熔焊焊接来讲,焊接过程都要经历加热熔化、冶金反应和随后冷却过程。工艺焊接性又分为"热焊接性"和"冶金焊接性"第2页，课件共18页，创作于2023年2月热焊接性是指焊接热过程对焊接热影响区组织性能及产生缺陷的影响程度,它用于评定被焊金属对热作用的敏感性(晶粒长大及组织性能变化等)。主要与被焊材质及焊接工艺条件有关。冶金焊接性是指冶金反应对焊缝性能和产生缺陷的影响程度,它包括合金元素的氧化、还原、蒸发及氢、氧、氮的溶解等对气孔、夹杂、裂纹等缺陷的敏感性,这些是影响焊缝金属化学成分和组织性能的重要方面。第3页，课件共18页，创作于2023年2月使用焊接性是指焊接接头或整体结构满足各种使用性能的程度,其中包括常规的力学性能、低温韧性、抗脆断性能、高温蠕变、疲劳性能、持久强度,以及抗腐蚀性能等。总之,结构的使用条件甚为复杂、苛刻，所要求的焊接接头性能也各有不同。因此，焊接技术必须满足不同使用条件下各种性能的要求。影响焊接性的因素,归纳为材料、设计、工艺和服役条件等四个因素。材料因素对钢来讲,有钢的化学成分、冶炼轧制状态、热处理条件、组织状态和力学性能等。第4页，课件共18页，创作于2023年2月其中化学成分(包括杂质的分布)是主要的影响因素。对于焊接性影响较大的有C、S、P、O、H和N等，为提高钢的某种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,但却不同程度地增大了钢的淬硬倾向和焊接裂纹的敏感性。设计因素是指焊接结构和接头的型式、接口断面的过渡、焊缝的位置，以及某些部位焊缝的集中程度造成多向应力的状态等。工艺因素包括施工的焊接方法（如焊条电弧焊、自动埋弧焊、气体保护焊、电渣焊、窄间隙焊等）、焊接工艺参数(如焊接热输入、焊接材料、预热、后热、焊接顺序等)和焊后热处理等，这些都会影响焊接性。第5页，课件共18页，创作于2023年2月服役条件因素是指焊接结构的工作温度、受载类别（动载、静载、冲击、高速等）和工作环境（化工区、沿海及腐蚀介质等）。一般来讲，环境温度越低，钢结构越易发生脆性破坏。评定焊接性的方法分为直接试验和间接试验两种类型。第6页，课件共18页，创作于2023年2月对于新材料、新工艺、新方法必须先进行焊接性分析及试验再热裂纹试验焊接性试验方法分类使用焊接性工艺焊接性直接法焊接热裂纹试验焊接冷裂纹试验层状撕裂试验热应变时效脆化试验焊接气孔敏感性试验间接法由碳当量推测焊接性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及金相组织分析焊接热影响区最高硬度焊接热、力模拟试验等焊接专家系统、仿真系统直接法实际产品结构运行的服役试验压力容器的爆破试验间接法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（蠕变、持久等）焊缝及接头的疲劳、动载试验焊缝及接头的抗腐蚀性、耐磨性及应力腐蚀开裂试验第7页，课件共18页，创作于2023年2月1．碳当量法碳当量法是一种古老的评定钢的焊接性的方法。它是把钢中各种化学成分对钢的强化或硬化的影响折算成碳的影响来进行分析的方法。目前用于评定钢的焊接性的碳当量计算公式很多,其中应用比较多的有以下几个：碳当量公式国际焊接学会（IIW）碳当量公式：

CE（﹪）＝C＋Mn/6＋（Cr＋Mo＋V）/5

＋（Cu＋Ni）/15这个公式可应用于σb=500MPa~600MPa级的非调质高强钢。当CE（IIW）小于或等于0.45%时，焊接厚度小于25mm的板可不预热；当CE（IIW）小于0.41%和碳的质量分数小于0.207%时,小于37mm厚的板可不预热。第8页，课件共18页，创作于2023年2月工艺焊接性的直接试验方法本节中的五个焊接裂纹试验是国内、外最常用的焊接性试验方法,也是到目前为止已纳入国家标准的全部焊接裂纹试验。

1．斜y形坡口焊接裂纹试验方法本试验方法是在工程中应用最广泛的一种焊接裂纹试验,又称作小铁研式裂纹试验。（2）适用范围本试验方法所产生的裂纹多出现在焊根尖角处的热影响区。当焊缝金属的抗裂性能不好时,裂纹可能扩展到焊缝金属,甚至贯穿至焊缝表面。裂纹可能在焊后立即出现,也可能在焊后数分钟乃至数小时后才开始出现。因此,本试验方法主要适合于钢材焊接接头热影响区的冷裂纹试验,也可作为母材和焊条组合的裂纹试验。3）试件尺寸试件尺寸如图3一6所示.试件的厚度不作限制,一般常用厚度为9~38mm。为了模拟实际结构的拘束状况和焊接区的焊接热循环,通常采用和实际结构相同的板厚进行试验。第9页，课件共18页，创作于2023年2月图3-6斜Y形试件的形状和尺寸第10页，课件共18页，创作于2023年2月（4）试件制备

1)加工为避免试件间隙的波动以及气割表面硬化层等问题,坡口只准用机械方法加工。

2)组装按图3－6组装试件，焊接试验部位用2mm的塞片插入,焊完拘束焊缝后拆除塞片(见图3－7)。

3)拘束焊缝的焊接一般采用直径φ4mm或φ5mm的低氢型焊条焊接。采用对称焊接,防止角变形和未焊透。

4)坡口的清理采用适当的方法去除坡口周围的水分、油污和铁锈。第11页，课件共18页，创作于2023年2月（5）焊接试验1)焊条使用符合国标规定的并与试验钢材相匹配的焊条进行试验。焊前应按焊条使用说明或试验要求烘干。2)焊接采用焊条电弧焊或采用焊条自动送进装置焊接时,推荐采用下列焊接工艺参数试验:

焊条直径4mm;焊接电流170±10A;电弧电压24土2V;焊接速度150±l0mm/min.3)裂纹检测焊后48h进行裂纹检测和解剖。表面裂纹用肉眼或磁粉检测、渗透检测等检查;断面裂纹应先用机械方法制取断面试样,研磨腐蚀后用20~30倍的显微镜检测。第12页，课件共18页，创作于2023年2月（6）裂纹率的计算方法1）统计方法裂纹的长度或高度按图3－10进行检测，裂纹长度为曲线形状（见图3－10a）时，按直线长度检测，裂纹重叠时不必分别计算。第13页，课件共18页，创作于2023年2月第14页，课件共18页，创作于2023年2月（8）试验的应用准则由于斜y形坡口焊接裂纹试验接头的拘束度很大,根据理论和实际测定达1150δN／mm2大大超过一般的实际对接接头的拘束度;而且试件坡口为斜y形,应力集中很大,所以试验条件比较苛刻。一般认为在这种试验中若裂纹率不超过20%,那么在焊接实际结构时就不致发生裂纹,因此可以做为初定实际结构焊接工艺参数的参考依据。对于拘束度较大的实际焊接接头,也可以裂纹率为0时的试验工艺参数做为实际结构的参考焊接工艺参数。第15页，课件共18页，创作于2023年2月第四节利用焊接性试验拟定焊接工艺的基本思路一焊接工艺

在GB1T3375-1994《焊接术语》中下的定义是：焊接工艺是制造焊件所有关的加工方法和实施要求。包括：

1焊前准备

2选择焊接方法

3选择焊接材料

4选择焊接参数：例如：焊接电流、电弧电压、焊接速度等。

5制定工艺措施：例如：预热、焊后缓冷、焊后热处理、焊后去氢处理等。

6制定操作要求

第16页，课件共18页，创作于2023年2月二拟定焊接工艺的基本思路

1选择焊接方法依据：a被焊材料的种类；

b焊接产品的结构特点；

c生产效率和生产成本。2选择焊接材料依据：a被焊材料的化学成分或力学性能；

b产品的工作条件和使用性能要求；

c焊件刚性的大小、几何形状的复杂程度；

d焊接施工条件；

f劳动生产率和经济合理性。

第17页，课件共18页，创作于2023年2月3选择焊接参数（1）利用间接的焊接性试验方法分析材料的焊接性和初步拟定焊接参数。（2）利用直接的焊接性试验方法对初步拟定的焊接参数进行检验和调整。

a利用工艺焊接性试验（焊接冷裂纹敏感性试验）确定热输入