金属焊接性及其试验方法

青海大学机械系1第六章

金属焊接性及其实验方法青海大学机械系2主要内容第一节金属焊接性的概念第二节焊接性的试验第三节常用焊接性试验方法青海大学机械系3

金属材料在焊接过程中要经过加热、熔化、化学反应、结晶、冷却、固态相变等一系列复杂的过程，以上的过程都是在温度、成分、应力极不平衡的条件下进行，有可能在焊接过程中形成缺陷，或使金属的焊接性能满足不了使用需求．为了从焊接角度分析金属的某些特定的性能，就提出了所谓焊接性的问题．青海大学机械系4第一节金属焊接性概念

一.金属焊接性旧概念：金属材料是否适合焊接加工并形成完整焊接接头的性能．新概念：金属是否适应焊接加工而形成完整的、具备一定使用性能的焊接接头的性能.金属焊接性的概念含两方面的内容：加工性能、使用性能．青海大学机械系5

加工性能：包含材料的物理化学性能、焊接过程中表现出来的局部特性以及焊接工艺性能，在焊接填充材料等的影响下，焊接过程中金属材料表现的特性。使用性能:不考虑加工过程而只从使用角度出发对焊接接头提出的性能要求．青海大学机械系6金属焊接性的评价：焊接过程简单.接头质量高.接头使用性能好，金属材料的焊接性好．焊接过程复杂.接头质量差.接头使用性能差，金属材料的焊接性差．青海大学机械系7

二.分析金属的焊接性１.从金属的特性分析焊接性（１）利用化学成分进行分析：碳当量法：通过各种计算把金属材料中各元素的含量按相当于若干含碳量折合并叠加起来求得所谓的碳当量（ＣＥ或Ｃeq），用此来估算冷裂纹倾向的大小．国际焊接学会（ＩＩＷ）：适用于中高强度的非调质低合金高强钢，ＣＥ≤０.４５％，焊接厚度２５㎜的板件可以不预热，ＣＥ＜０.４１％时，焊接厚度为３７㎜的板件可以不预热．青海大学机械系8

日本JIS和美国焊接学会采用Ｃeq值来进行焊接性的分析，通过相应的计算公式进行计算，列出了焊接性与Ｃeq值的关系图。作为制定焊接工艺的依据。

青海大学机械系9不同条件下的预热要求：焊接性酸性焊条低氢焊条消除应力敲击处理Ⅰ优良不需预热不需预热不需不需Ⅱ较好预热４０～１００℃－１０℃以上不需预热任意任意Ⅲ尚好预热１５０℃预热４０～１００℃希望希望Ⅳ可以预热１５０～２００℃预热１００℃必要希望青海大学机械系10

焊接冷裂纹敏感指数法：焊缝含氢量和接头拘束度对冷裂倾向有很大影响，通过对不同成分的钢材、不同厚度及不同焊缝的含氢量进行试验，求得焊接冷裂纹敏感指数ＰＣ，提出为防止冷裂纹所需要的最低预热温度．青海大学机械系11（２）利用物理性能分析：利用金属的熔点、导热系数、线膨胀系数、密度、热容量等因素对热循环、熔化、结晶、相变等过程的影响进行焊接性分析．（３）利用化学性能分析：化学性能的活泼程度、与氧的亲和力等性能，为确保焊接性可采取相应的工艺措施．青海大学机械系12（４）利用合金相图进行分析：被焊材料大部分是合金材料或含有某些杂质元素，可以利用相图分析它们的焊接性问题．（５）利用ＣＣＴ图和ＳＨＣＣＴ图分析：两个图上的曲线可以大体说明不同焊接热循环条件下会获得什么样的金相组织和硬度，可以估计有无冷裂的危险，以便确定合适的焊接工艺条件，确保金属材料的焊接性．

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以上的五种方法每一种都有其特色和局限性，在使用过程中应根据实际条件加以综合。除此之外，金属焊前的热处理状态也是分析焊接性需要考虑的因素，如调质处理的高强钢，焊接热循环作用后在热影响区必然会出现局部软化，就必须尽量缩小软化区或采取其它方法加以弥补．青海大学机械系14

２、从焊接工艺条件分析焊接性（１）热源特点：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，从而影响焊接质量，使金属在不同工艺条件下表现出来的焊接性有很大的差别，在选择过程中应予以充分的考虑．（２）保护方法：焊接过程中对熔池和热影响区的保护有气保护、渣保护、气渣联合保护、真空保护等，气保护中还有惰性气体保护、活性气体保护等，保护方法选择是否合理直接影响金属的焊接性．青海大学机械系15

（３）热循环控制：预热、缓冷、层间温度控制等工艺措施可以不同程度的改变金属焊接性．（４）其他工艺因素：清理工作、规范处理焊接材料、合理安排焊接顺序、正确制定焊接规范是必须把握的环节．青海大学机械系16第二节焊接性的试验一.焊接性试验的内容(一)焊缝金属抵抗产生热裂纹的能力热裂纹试验与焊接材料关系密切,母材也有一定的影响.(二)焊缝及焊接热影响区金属抵抗产生冷裂纹的能力冷裂纹试验是针对母材进行的试验青海大学机械系17(三)焊接接头抗脆性转变能力焊接接头抗脆性转变能力也是焊接性试验常常涉及的一项内容。(四)焊接接头的使用性能根据特定的使用环境制定专门的试验方法如：应力、腐蚀、蠕变辐射等.青海大学机械系18

二焊接性试验方法的分类

(一)直接模拟试验类方法仿造实际焊接条件,通过观察是否发生某些焊接缺陷或发生缺陷的程度,直观的评价焊接性的优劣.

常采用的方法有:焊接冷裂纹试验、焊接热裂纹试验、再热裂纹试验、层状撕裂试验、应力腐蚀裂纹试验、脆性断裂试验.青海大学机械系19

(二)间接推算类方法:

不需要焊接焊缝,而是根据材料的化学成分、金相组织、力学性能之间的关系,联系焊接热循环过程进行推测和评估,从而确定焊接性的好坏和合适的焊接条件.使用的方法主要有:碳当量法、焊接裂纹敏感指数法、连续冷却组织转变曲线法、焊接热---应力模拟法、焊接热影响区最高硬度法及断口金相分析等.

青海大学机械系20（三)使用性能试验类:

将施焊的焊接接头甚至产品在使用条件下进行各方面性能的试验,以试验结果来评定焊接性.如:焊缝及接头的拉伸、弯曲、冲击等力学性能、高温蠕变及持久强度试验、断裂韧性试验、低温脆性试验、耐腐蚀及磨蚀试验、疲劳试验等.青海大学机械系21三、选择或制定焊接性试验

方法的原则1.焊接性试验条件要尽量与实际焊接时的条件相一致.2.焊接性试验的结果要稳定可靠,具有较好的再现性.3.注意焊接性试验方法的经济性.青海大学机械系22第三节常用的焊接性

试验方法一、斜Y形坡口焊接裂纹试验法主要用于评定碳钢和低合金高强钢焊接热影响区对冷裂纹的敏感性,试验坡口如课本所示，焊接条件为:焊条直径4㎜,焊接电流160-180A,电弧电压22-26V,焊接速度

140-160㎜/min.青海大学机械系23青海大学机械系24试验焊缝的焊接方式

手弧焊自动送进焊条电弧焊青海大学机械系25二、插销试验主要测定钢材焊接热影响区冷裂纹敏感性的一种定量试验方法．经适当改变，也可以用于测定再热裂纹敏感性和层状撕裂敏感性．具有钢材消耗量小、试验结果稳定可靠等优点，在国内外得到广泛应用。其工作简图和缺口试棒参见课本或《焊接工艺手册》。青海大学机械系26青海大学机械系27试样上裂纹长度计算青海大学机械系28

三、压板对接焊接裂纹试验法：主要用于评定热裂纹敏感性，也可做钢材和焊条匹配性的试验．工作图和试验过程参阅教材或《焊接手册》。四、可调拘束裂纹试验法主要用于评定热裂纹敏感性，试验分为纵向和横向两种．横向试验主要用于测试焊缝中央的结晶裂纹和高温失塑裂纹；纵向试验主要用于测试结晶裂纹和液化裂纹．

青海大学机械系29青海大学机械系30试验试板尺寸及焊缝的位置青海大学机械系31可调拘束裂纹试验示意图青海大学机械系32五、其它焊接性试验方法简介（一）拉伸拘束裂纹试验（二）刚性拘束裂纹试验（三）刚性固定对接裂纹试验（四）窗形拘束裂纹试验（五）Ｚ向拉