第六章 金属材料的焊接性及评定.ppt

第六章第六章 金属焊接性及评定金属焊接性及评定第一节第一节 金属材料的焊接性金属材料的焊接性第二节第二节 金属材料焊接性金属材料焊接性评定方法评定方法第一节第一节 金属材料的焊接性金属材料的焊接性能力知识点一能力知识点一 金属材料焊接性的概念金属材料焊接性的概念l l金属材料焊接性根据金属材料焊接性根据金属材料焊接性根据金属材料焊接性根据GB/T3375-1994GB/T3375-1994GB/T3375-1994GB/T3375-1994焊接术焊接术焊接术焊接术语语语语的定义：的定义：的定义：的定义：“金属材料在限定的施工条件下金属材料在限定的施工条件下金属材料在限定的施工条件下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，并满足预定服役焊接成规定设计要求的构件，并满足预定服役焊接成规定设计要求的构件，并满足预定服役焊接成规定设计要求的构件，并满足预定服役要求的能力要求的能力要求的能力要求的能力”。l l优质焊接接头应具备的两个条件：一是接头中优质焊接接头应具备的两个条件：一是接头中优质焊接接头应具备的两个条件：一是接头中优质焊接接头应具备的两个条件：一是接头中不允许存在超过质量标准规定的缺陷；二是要不允许存在超过质量标准规定的缺陷；二是要不允许存在超过质量标准规定的缺陷；二是要不允许存在超过质量标准规定的缺陷；二是要具有预期的使用性能。具有预期的使用性能。具有预期的使用性能。具有预期的使用性能。l l金属材料焊接性是指金属材料对焊接加工的适金属材料焊接性是指金属材料对焊接加工的适金属材料焊接性是指金属材料对焊接加工的适金属材料焊接性是指金属材料对焊接加工的适应性，它包括工艺焊接性和使用焊接性。应性，它包括工艺焊接性和使用焊接性。应性，它包括工艺焊接性和使用焊接性。应性，它包括工艺焊接性和使用焊接性。1 1工艺焊接性工艺焊接性 l l工艺焊接性是指金属材料对各种焊接方法的适工艺焊接性是指金属材料对各种焊接方法的适工艺焊接性是指金属材料对各种焊接方法的适工艺焊接性是指金属材料对各种焊接方法的适应能力，也就是在一定的焊接工艺条件下能否应能力，也就是在一定的焊接工艺条件下能否应能力，也就是在一定的焊接工艺条件下能否应能力，也就是在一定的焊接工艺条件下能否获得符合要求的优质焊接接头的能力。获得符合要求的优质焊接接头的能力。获得符合要求的优质焊接接头的能力。获得符合要求的优质焊接接头的能力。l l它不是金属材料本身所固有的性能，但取决于它不是金属材料本身所固有的性能，但取决于它不是金属材料本身所固有的性能，但取决于它不是金属材料本身所固有的性能，但取决于金属的成分和性能，并且随着焊接方法、焊接金属的成分和性能，并且随着焊接方法、焊接金属的成分和性能，并且随着焊接方法、焊接金属的成分和性能，并且随着焊接方法、焊接材料和工艺措施的发展而变化。材料和工艺措施的发展而变化。材料和工艺措施的发展而变化。材料和工艺措施的发展而变化。2 2使用焊接性使用焊接性 l l使用焊接性是指焊接接头或整体结构满足技术使用焊接性是指焊接接头或整体结构满足技术使用焊接性是指焊接接头或整体结构满足技术使用焊接性是指焊接接头或整体结构满足技术条件中所规定的使用性能的能力。它取决于焊条件中所规定的使用性能的能力。它取决于焊条件中所规定的使用性能的能力。它取决于焊条件中所规定的使用性能的能力。它取决于焊接结构所满足的技术条件规定的各种性能。接结构所满足的技术条件规定的各种性能。接结构所满足的技术条件规定的各种性能。接结构所满足的技术条件规定的各种性能。能力知识点二能力知识点二 金属材料焊接性的影响因素金属材料焊接性的影响因素l l材料因素材料因素l l工艺因素工艺因素l l结构因素结构因素l l使用条件使用条件 焊接性不是金属固有的属性焊接性不是金属固有的属性l常用金属材料焊接难易程度见表常用金属材料焊接难易程度见表1表表1 常用金属材料常用金属材料焊焊接接难难易程度易程度金属及合金金属及合金焊焊条条电电弧弧焊焊埋弧埋弧焊焊COCO2 2气体气体保保护焊护焊氩氩弧弧焊焊电电渣渣焊焊电电子子束束焊焊气气焊焊电电阻阻焊焊非合非合金金钢钢低碳低碳钢钢A AA AA AB BA AA AA AA A中碳中碳钢钢A AA AA AB BB BA AA AA A高碳高碳钢钢A AB BB BB BB BA AA AD D铸铁铸铁灰灰铸铁铸铁A AD DA AD DB BD DB BD D低合低合金金钢钢锰钢锰钢A AA AA AB BB BA AB BD D铬钒钢铬钒钢A AA AA AB BB BA AB BD D不不锈锈钢钢马马氏体不氏体不锈锈钢钢A AA AB BA AC CA AB BC C铁铁素体不素体不锈锈钢钢A AA AB BA AC CA AB BA A奥氏体不奥氏体不锈锈钢钢A AA AA AA AC CA AB BA A注：注：A-通常采用，通常采用，B-有时采用，有时采用，C-很少采用，很少采用，D-不采用不采用 表表1 常用金属材料常用金属材料焊焊接接难难易程度（易程度（续续）金属及合金金属及合金焊焊条条电电弧弧焊焊埋弧埋弧焊焊COCO2 2气体气体保保护焊护焊氩氩弧弧焊焊电电渣渣焊焊电电子子束束焊焊气气焊焊电电阻阻焊焊非非铁铁金金属属材材料料纯铝纯铝B BD DD DA AD DA AB BA A非非热处热处理理强强化化铝铝合金合金B BD DD DA AD DA AB BA A热处热处理理强强化化铝铝合金合金B BD DD DA AD DA AB BA A镁镁合金合金D DD DD DA AD DB BC CA A钛钛合金合金D DD DD DA AD DA AD DA A铜铜合金合金B BD DC CA AD DB BB BC C注：注：A-通常采用，通常采用，B-有时采用，有时采用，C-很少采用，很少采用，D-不采用不采用 第二节第二节 金属材料焊接性的评定方法金属材料焊接性的评定方法能力知识点一能力知识点一 金属材料焊接性的评定内容金属材料焊接性的评定内容l l1 1 1 1焊缝金属抵抗热裂纹的能力焊缝金属抵抗热裂纹的能力焊缝金属抵抗热裂纹的能力焊缝金属抵抗热裂纹的能力l l2 2 2 2焊缝及热影响区金属抵抗冷裂纹的能力焊缝及热影响区金属抵抗冷裂纹的能力焊缝及热影响区金属抵抗冷裂纹的能力焊缝及热影响区金属抵抗冷裂纹的能力l l3 3 3 3焊接接头抵抗脆性断裂的能力焊接接头抵抗脆性断裂的能力焊接接头抵抗脆性断裂的能力焊接接头抵抗脆性断裂的能力l l4 4 4 4焊接接头的使用性能焊接接头的使用性能焊接接头的使用性能焊接接头的使用性能能力知识点二能力知识点二 金属材料焊接性评定及试验金属材料焊接性评定及试验方法（表方法（表3 3）表表3 金属材料金属材料焊焊接性接性评评定及定及试验试验方法方法工工艺焊艺焊接性接性使用使用焊焊接性接性直接法直接法焊焊接接热热裂裂纹试验纹试验焊焊接冷裂接冷裂纹试验纹试验消除消除应应力裂力裂纹试验纹试验层层状撕裂状撕裂试验试验焊焊接气孔敏感性接气孔敏感性试验试验实际产实际产品品结结构运行的服役构运行的服役试验试验压压力容器的爆破力容器的爆破试验试验间间接法接法用碳当量推用碳当量推测焊测焊接性接性裂裂纹纹敏感指数及敏感指数及临临界界应应力力为为判据判据连续连续冷却冷却组织转变图组织转变图断口分析及相断口分析及相组织组织分析分析焊焊接接热热影响区最高硬度影响区最高硬度焊缝焊缝及接及接头头的常的常规规力学性能力学性能试试验验焊缝焊缝及接及接头头的低温脆性的低温脆性试验试验焊缝焊缝及接及接头头的断裂的断裂韧韧性性试验试验焊缝焊缝及接及接头头高温性能高温性能试验试验焊缝焊缝及接及接头头耐耐蚀蚀性、耐磨性及性、耐磨性及应应力腐力腐蚀蚀开裂开裂试验试验能力知识点二能力知识点二 常用焊接性分析与评定方法常用焊接性分析与评定方法l l1 1 1 1碳当量法碳当量法碳当量法碳当量法l l2 2 2 2焊接冷裂纹敏感指数法焊接冷裂纹敏感指数法焊接冷裂纹敏感指数法焊接冷裂纹敏感指数法l l3 3 3 3利用金属材料的物理性能分析利用金属材料的物理性能分析利用金属材料的物理性能分析利用金属材料的物理性能分析l l4 4 4 4利用金属材料的化学性能分析利用金属材料的化学性能分析利用金属材料的化学性能分析利用金属材料的化学性能分析l l5 5 5 5利用合金相图或利用合金相图或利用合金相图或利用合金相图或SHCCTSHCCTSHCCTSHCCT（CCTCCTCCTCCT）图分析）图分析）图分析）图分析 以上均为间接法以上均为间接法1 1碳当量法碳当量法l l在钢材所含有的各种元素中，碳对冷裂敏感性在钢材所含有的各种元素中，碳对冷裂敏感性在钢材所含有的各种元素中，碳对冷裂敏感性在钢材所含有的各种元素中，碳对冷裂敏感性的影响最显著，因此将钢中各种元素都按相当的影响最显著，因此将钢中各种元素都按相当的影响最显著，因此将钢中各种元素都按相当的影响最显著，因此将钢中各种元素都按相当于若干含碳量折合并叠加起来即为于若干含碳量折合并叠加起来即为于若干含碳量折合并叠加起来即为于若干含碳量折合并叠加起来即为“碳当量碳当量碳当量碳当量”，并以此来判断钢材的淬硬倾向和冷裂敏感性，并以此来判断钢材的淬硬倾向和冷裂敏感性，并以此来判断钢材的淬硬倾向和冷裂敏感性，并以此来判断钢材的淬硬倾向和冷裂敏感性，进而推断钢材的焊接性。进而推断钢材的焊接性。进而推断钢材的焊接性。进而推断钢材的焊接性。l l目前应用的碳当量计算公式：国际焊接学会目前应用的碳当量计算公式：国际焊接学会目前应用的碳当量计算公式：国际焊接学会目前应用的碳当量计算公式：国际焊接学会（IIWIIWIIWIIW）推荐的）推荐的）推荐的）推荐的CECECECE、日本工业标准（、日本工业标准（、日本工业标准（、日本工业标准（JISJISJISJIS）规定）规定）规定）规定和美国焊接学会推荐的和美国焊接学会推荐的和美国焊接学会推荐的和美国焊接学会推荐的 CeqCeqCeqCeq。l l碳当量计算公式和应用范围见表碳当量计算公式和应用范围见表碳当量计算公式和应用范围见表碳当量计算公式和应用范围见表4 4 4 4 表表4 碳当量碳当量计计算公式和算公式和应应用范用范围围碳当量碳当量计计算公式算公式适用范适用范围围国国际焊际焊接学会（接学会（IIW）推荐）推荐CE=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15 (%)中高中高强强度的非度的非调质调质低合金高低合金高强强度度钢钢wc0.18%b=500900Mpa日本工日本工业标业标准（准（JIS）规规定定 Ceq(JIS)=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14 (%)调质调质低合金高低合金高强强度度钢钢 R Rb=5001000MPa化学成分化学成分wc0.20%、wsi0.55%、wMn1.5%、wCu0.5%、wNi2.5%、wCr1.25%、wMo0.7%、wV0.1%、wB0.006%美国美国焊焊接学会（接学会（AWS）推荐）推荐Ceq(AWS)=C+Mn/6+Si/24+Ni/15+Cr/5+Mo/4+Cu/13+P/2 (%)碳碳钢钢和低合金高和低合金高强强钢钢 化学成分化学成分wc0.6%、wMn1.6%、wNi3.3%、wCr1.0%、wMo0.6%、wCu=0.5%1%、wP=0.05%0.15%使用国际焊接学会（使用国际焊接学会（IIWIIW）推荐的）推荐的CECE：对板：对板厚小于厚小于20mm20mm的钢材，的钢材，l l当当当当CE0.4%CE0.4%CE0.4%CE0.4%时，钢材的淬硬倾向不大，焊接性时，钢材的淬硬倾向不大，焊接性时，钢材的淬硬倾向不大，焊接性时，钢材的淬硬倾向不大，焊接性良好，焊前不需预热；良好，焊前不需预热；良好，焊前不需预热；良好，焊前不需预热；l l当当当当CE=0.4CE=0.4CE=0.4CE=0.40.6%0.6%0.6%0.6%时，钢材易于淬硬，焊接性时，钢材易于淬硬，焊接性时，钢材易于淬硬，焊接性时，钢材易于淬硬，焊接性较差，焊接时必须预热才能防止裂纹，随着板较差，焊接时必须预热才能防止裂纹，随着板较差，焊接时必须预热才能防止裂纹，随着板较差，焊接时必须预热才能防止裂纹，随着板厚及碳当量的增加，预热温度也相应提高；厚及碳当量的增加，预热温度也相应提高；厚及碳当量的增加，预热温度也相应提高；厚及碳当量的增加，预热温度也相应提高；l l当当当当CECECECE0.6%0.6%0.6%0.6%时，钢材淬硬倾向很大，焊接性时，钢材淬硬倾向很大，焊接性时，钢材淬硬倾向很大，焊接性时，钢材淬硬倾向很大，焊接性差，焊接时必须采用严格的工艺措施如预热、差，焊接时必须采用严格的工艺措施如预热、差，焊接时必须采用严格的工艺措施如预热、差，焊接时必须采用严格的工艺措施如预热、后热、缓冷等，以防止产生裂纹。后热、缓冷等，以防止产生裂纹。后热、缓冷等，以防止产生裂纹。后热、缓冷等，以防止产生裂纹。使用日本工业标准（使用日本工业标准（使用日本工业标准（使用日本工业标准（JISJISJISJIS）规定的）规定的）规定的）规定的Ceq(JISCeq(JISCeq(JISCeq(JIS)：对板厚：对板厚：对板厚：对板厚小于小于小于小于20mm20mm20mm20mm的钢材和采用焊条电弧焊时，对于强的钢材和采用焊条电弧焊时，对于强的钢材和采用焊条电弧焊时，对于强的钢材和采用焊条电弧焊时，对于强度等级不同钢材规定了不产生裂纹的临界值和相度等级不同钢材规定了不产生裂纹的临界值和相度等级不同钢材规定了不产生裂纹的临界值和相度等级不同钢材规定了不产生裂纹的临界值和相应的预热措施，见表应的预热措施，见表应的预热措施，见表应的预热措施，见表5 5 5 5 表表5 钢钢材材强强度度级别级别与碳当量和与碳当量和预热预热温度的关系温度的关系钢钢材材强强度度级别级别（b b/MPa）Ceq(JIS)（%）临临界界值值预热预热温度（温度（）5000.46不不预热预热6000.52757000.521008000.62150使用美国焊接学会推荐的使用美国焊接学会推荐的使用美国焊接学会推荐的使用美国焊接学会推荐的Ceq(AWSCeq(AWSCeq(AWSCeq(AWS)：应根据：应根据：应根据：应根据Ceq(AWSCeq(AWSCeq(AWSCeq(AWS)值再结合焊件厚度，先从值再结合焊件厚度，先从值再结合焊件厚度，先从值再结合焊件厚度，先从图图图图1 1 1 1查出该钢查出该钢查出该钢查出该钢种焊接性的优劣等级，再根据表种焊接性的优劣等级，再根据表种焊接性的优劣等级，再根据表种焊接性的优劣等级，再根据表6 6 6 6确定出其焊接的确定出其焊接的确定出其焊接的确定出其焊接的最佳工艺措施。最佳工艺措施。最佳工艺措施。最佳工艺措施。表表6 钢钢材材焊焊接性等接性等级级不同不同时时的最佳的最佳焊焊接工接工艺艺措施措施焊焊接性等接性等级级酸性酸性焊焊条条碱性碱性焊焊条条消除消除应应力力（优优良）良）不需不需预热预热不需不需预热预热不需不需（较较好）好）预热预热40100-10以上不以上不预热预热两可两可（尚好）（尚好）预热预热150预热预热40100需要需要（尚可）（尚可）预热预热150200预热预热100需要需要图图1 焊接性与碳当量和板厚的关系焊接性与碳当量和板厚的关系 2 2 2 2焊接冷裂纹敏感指数法焊接冷裂纹敏感指数法焊接冷裂纹敏感指数法焊接冷裂纹敏感指数法焊接冷裂纹敏感指数（焊接冷裂纹敏感指数（焊接冷裂纹敏感指数（焊接冷裂纹敏感指数（PcPcPcPc）不仅包括了母材的化）不仅包括了母材的化）不仅包括了母材的化）不仅包括了母材的化学成分，又考虑了熔敷金属含氢量与拘束条件学成分，又考虑了熔敷金属含氢量与拘束条件学成分，又考虑了熔敷金属含氢量与拘束条件学成分，又考虑了熔敷金属含氢量与拘束条件（板厚）的作用。（板厚）的作用。（板厚）的作用。（板厚）的作用。斜斜斜斜Y Y Y Y形坡口焊接裂纹试验的冷裂纹敏感指数公式：形坡口焊接裂纹试验的冷裂纹敏感指数公式：形坡口焊接裂纹试验的冷裂纹敏感指数公式：形坡口焊接裂纹试验的冷裂纹敏感指数公式：l lPc=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+Pc=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+Pc=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+Pc=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B+/600+5B+/600+5B+/600+5B+/600+H HH H/60 /60 /60 /60 （%）根据根据根据根据PcPcPcPc值可以通过经验公式求出斜值可以通过经验公式求出斜值可以通过经验公式求出斜值可以通过经验公式求出斜Y Y Y Y型坡口对接裂型坡口对接裂型坡口对接裂型坡口对接裂纹试验条件下，为了防止冷裂纹所需要的最低预纹试验条件下，为了防止冷裂纹所需要的最低预纹试验条件下，为了防止冷裂纹所需要的最低预纹试验条件下，为了防止冷裂纹所需要的最低预热温度热温度热温度热温度T0T0T0T0（）l lT0=1440 Pc T0=1440 Pc T0=1440 Pc T0=1440 Pc 392 392 392 392 3 3 3 3利用金属材料的物理性能分析利用金属材料的物理性能分析利用金属材料的物理性能分析利用金属材料的物理性能分析金属材料的物理性能，对焊接热循环、熔池冶金金属材料的物理性能，对焊接热循环、熔池冶金金属材料的物理性能，对焊接热循环、熔池冶金金属材料的物理性能，对焊接热循环、熔池冶金过程、结晶与相变过程等都有明显的影响。过程、结晶与相变过程等都有明显的影响。过程、结晶与相变过程等都有明显的影响。过程、结晶与相变过程等都有明显的影响。l l热导率大的材料（铜），传热快，焊接时熔池结晶速热导率大的材料（铜），传热快，焊接时熔池结晶速热导率大的材料（铜），传热快，焊接时熔池结晶速热导率大的材料（铜），传热快，焊接时熔池结晶速度快容易产生气孔和熔透不足；度快容易产生气孔和熔透不足；度快容易产生气孔和熔透不足；度快容易产生气孔和熔透不足；l l而热导率低的材料（钛、不锈钢），焊接时由于温度而热导率低的材料（钛、不锈钢），焊接时由于温度而热导率低的材料（钛、不锈钢），焊接时由于温度而热导率低的材料（钛、不锈钢），焊接时由于温度梯度大会产生较大的应力及变形，而且还会因为高温梯度大会产生较大的应力及变形，而且还会因为高温梯度大会产生较大的应力及变形，而且还会因为高温梯度大会产生较大的应力及变形，而且还会因为高温停留时间延长而导致焊缝金属晶粒粗大。停留时间延长而导致焊缝金属晶粒粗大。停留时间延长而导致焊缝金属晶粒粗大。停留时间延长而导致焊缝金属晶粒粗大。l l焊接线胀系数大的材料（如不锈钢），接头的应力和焊接线胀系数大的材料（如不锈钢），接头的应力和焊接线胀系数大的材料（如不锈钢），接头的应力和焊接线胀系数大的材料（如不锈钢），接头的应力和变形必然更严重；变形必然更严重；变形必然更严重；变形必然更严重；l l焊接密度小的材料（如铝及其合金），则容易在焊缝焊接密度小的材料（如铝及其合金），则容易在焊缝焊接密度小的材料（如铝及其合金），则容易在焊缝焊接密度小的材料（如铝及其合金），则容易在焊缝中产生气孔和夹杂。中产生气孔和夹杂。中产生气孔和夹杂。中产生气孔和夹杂。4 4 4 4利用金属材料的化学性能分析利用金属材料的化学性能分析利用金属材料的化学性能分析利用金属材料的化学性能分析化学性质比较活泼的金属（如铝、镁、钛及其合化学性质比较活泼的金属（如铝、镁、钛及其合化学性质比较活泼的金属（如铝、镁、钛及其合化学性质比较活泼的金属（如铝、镁、钛及其合金），在焊接条件下极易被氧化。金），在焊接条件下极易被氧化。金），在焊接条件下极易被氧化。金），在焊接条件下极易被氧化。有些金属材料甚至对氧、氮、氢等气体都极为敏有些金属材料甚至对氧、氮、氢等气体都极为敏有些金属材料甚至对氧、氮、氢等气体都极为敏有些金属材料甚至对氧、氮、氢等气体都极为敏感，焊接这些材料时需要采取惰性气体保护焊和感，焊接这些材料时需要采取惰性气体保护焊和感，焊接这些材料时需要采取惰性气体保护焊和感，焊接这些材料时需要采取惰性气体保护焊和在真空中焊接等保护可靠的焊接方法，在真空中焊接等保护可靠的焊接方法，在真空中焊接等保护可靠的焊接方法，在真空中焊接等保护可靠的焊接方法，有时甚至有时甚至有时甚至有时甚至在焊缝背面也要进行保护。在焊缝背面也要进行保护。在焊缝背面也要进行保护。在焊缝背面也要进行保护。l l钛对氧、氮、氢等气体都极为敏感，吸收这些气体后钛对氧、氮、氢等气体都极为敏感，吸收这些气体后钛对氧、氮、氢等气体都极为敏感，吸收这些气体后钛对氧、氮、氢等气体都极为敏感，吸收这些气体后力学性能显著降低，特别是韧性降低严重，因此要严力学性能显著降低，特别是韧性降低严重，因此要严力学性能显著降低，特别是韧性降低严重，因此要严力学性能显著降低，特别是韧性降低严重，因此要严格控制这些气体对焊缝及热影响区的影响。格控制这些气体对焊缝及热影响区的影响。格控制这些气体对焊缝及热影响区的影响。格控制这些气体对焊缝及热影响区的影响。5 5利用合金相图或利用合金相图或SHCCTSHCCT（CCTCCT）图分析）图分析例如对于共晶相图，其固、液相线之间的温例如对于共晶相图，其固、液相线之间的温度区间大，会造成结晶时的成分偏析、低熔度区间大，会造成结晶时的成分偏析、低熔点共晶的生成和脆性温度区间的大，热裂纹点共晶的生成和脆性温度区间的大，热裂纹倾向大。倾向大。对于各种低合金钢来说，可以利用各自的连对于各种低合金钢来说，可以利用各自的连续冷却组织转变图（续冷却组织转变图（CCTCCT图）或模拟热影响图）或模拟热影响区的连续冷却组织转变图（区的连续冷却组织转变图（SHCCTSHCCT图）分析图）分析其焊接性。其焊接性。l l可以根据转变图预测热影响区组织、性能和硬度可以根据转变图预测热影响区组织、性能和硬度可以根据转变图预测热影响区组织、性能和硬度可以根据转变图预测热影响区组织、性能和硬度变化，从而预测某种钢焊接热影响区的淬硬倾向变化，从而预测某种钢焊接热影响区的淬硬倾向变化，从而预测某种钢焊接热影响区的淬硬倾向变化，从而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，以便确定适当的焊接工和产生冷裂纹的可能性，以便确定适当的焊接工和产生冷裂纹的可能性，以便确定适当的焊接工和产生冷裂纹的可能性，以便确定适当的焊接工艺条件。艺条件。艺条件。艺条件。能力知识点三能力知识点三 常用焊接性试验方法常用焊接性试验方法一、斜一、斜一、斜一、斜Y Y Y Y型坡口焊接裂纹试验法型坡口焊接裂纹试验法型坡口焊接裂纹试验法型坡口焊接裂纹试验法二、焊接热影响区最高硬度试验法二、焊接热影响区最高硬度试验法二、焊接热影响区最高硬度试验法二、焊接热影响区最高硬度试验法三、插销试验法三、插销试验法三、插销试验法三、插销试验法四、刚性固定对接裂纹试验法四、刚性固定对接裂纹试验法四、刚性固定对接裂纹试验法四、刚性固定对接裂纹试验法 五、其他试验法五、其他试验法 注意：二为间接法、其他为直接法注意：二为间接法、其他为直接法一、斜一、斜Y Y型坡口焊接裂纹试验法型坡口焊接裂纹试验法用于评定碳钢和低合金高强度钢焊接热影用于评定碳钢和低合金高强度钢焊接热影响区对冷裂纹的敏感性响区对冷裂纹的敏感性属于自拘束裂纹试验属于自拘束裂纹试验其试验要求应遵从其试验要求应遵从GB/T4675.1-1984GB/T4675.1-1984焊接焊接性试验性试验-斜斜Y Y型坡口焊接裂纹试验法型坡口焊接裂纹试验法的规的规定。定。1 1试件制备试件制备l l试件的尺寸和形状如图试件的尺寸和形状如图试件的尺寸和形状如图试件的尺寸和形状如图2 2 2 2所示，所示，所示，所示，l l板厚为板厚为板厚为板厚为9 9 9 938mm38mm38mm38mml l采用机械方法加工试件坡口采用机械方法加工试件坡口采用机械方法加工试件坡口采用机械方法加工试件坡口l l试板两端各焊接试板两端各焊接试板两端各焊接试板两端各焊接60mm60mm60mm60mm的拘束焊缝的拘束焊缝的拘束焊缝的拘束焊缝l l采用双面焊采用双面焊采用双面焊采用双面焊l l试件中间待焊试件中间待焊试件中间待焊试件中间待焊部位有部位有部位有部位有2mm2mm2mm2mm的间隙。的间隙。的间隙。的间隙。图图2 试件尺寸和形状试件尺寸和形状2 2、施焊条件、施焊条件l l用焊条电弧焊施焊的试验焊缝如图用焊条电弧焊施焊的试验焊缝如图用焊条电弧焊施焊的试验焊缝如图用焊条电弧焊施焊的试验焊缝如图3a3a3a3a所示，用所示，用所示，用所示，用自动送进装置施焊的试验焊缝如图自动送进装置施焊的试验焊缝如图自动送进装置施焊的试验焊缝如图自动送进装置施焊的试验焊缝如图3b3b3b3b所示。所示。所示。所示。l l试验焊缝只焊一道，不要求填满坡口，并可在试验焊缝只焊一道，不要求填满坡口，并可在试验焊缝只焊一道，不要求填满坡口，并可在试验焊缝只焊一道，不要求填满坡口，并可在不同温度下施焊。不同温度下施焊。不同温度下施焊。不同温度下施焊。l l焊后静置和自然冷却焊后静置和自然冷却焊后静置和自然冷却焊后静置和自然冷却48h48h48h48h后截取试样和进行裂后截取试样和进行裂后截取试样和进行裂后截取试样和进行裂纹检测。纹检测。纹检测。纹检测。l l焊接参数：焊条直径焊接参数：焊条直径焊接参数：焊条直径焊接参数：焊条直径4mm4mm4mm4mm，焊接电流，焊接电流，焊接电流，焊接电流（17010170101701017010）A A A A，电弧电压（，电弧电压（，电弧电压（，电弧电压（2222222224242424）V V V V，焊接，焊接，焊接，焊接速度（速度（速度（速度（15010150101501015010）mm/minmm/minmm/minmm/min。图图3 施焊时的焊缝示意图施焊时的焊缝示意图a）焊条电弧焊试验焊缝）焊条电弧焊试验焊缝 b）焊条自动送进的试验焊缝）焊条自动送进的试验焊缝3 3、裂纹检测、裂纹检测（1 1）表面裂纹率）表面裂纹率CfCf 如图如图4a4a CfCf=lf/L100%=lf/L100%（2 2）根部裂纹率）根部裂纹率 检测根部裂纹时，应将检测根部裂纹时，应将试件着色后拉断或折断，按图试件着色后拉断或折断，按图4b4b进行根部进行根部裂纹测量。裂纹测量。Cr=lr/L100%Cr=lr/L100%（3 3）断面裂纹率）断面裂纹率Cs Cs 在试验焊缝上，用机在试验焊缝上，用机械加工方法等分切取械加工方法等分切取4 46 6块试样，如图块试样，如图4c4c所示，检查所示，检查5 5个断面上的裂纹深度，按下式个断面上的裂纹深度，按下式计算计算CsCs Cs=Hs/H100%Cs=Hs/H100%图图4 试样裂纹长度计算试样裂纹长度计算A）表面裂纹）表面裂纹 b）根部裂纹）根部裂纹 c）断面裂纹）断面裂纹二、焊接热影响区最高硬度试验法二、焊接热影响区最高硬度试验法试验标准试验标准试验标准试验标准GB/T4675.5-1984GB/T4675.5-1984GB/T4675.5-1984GB/T4675.5-1984，适用于焊条电弧焊。，适用于焊条电弧焊。，适用于焊条电弧焊。，适用于焊条电弧焊。试板尺寸和形状如图试板尺寸和形状如图试板尺寸和形状如图试板尺寸和形状如图5 5 5 5和表和表和表和表7 7 7 7所示，试板采用气割所示，试板采用气割所示，试板采用气割所示，试板采用气割下料，试验标准厚度为下料，试验标准厚度为下料，试验标准厚度为下料，试验标准厚度为20mm20mm20mm20mm，当材料厚度超过，当材料厚度超过，当材料厚度超过，当材料厚度超过20mm20mm20mm20mm时须用机加工成时须用机加工成时须用机加工成时须用机加工成20mm20mm20mm20mm，并保留一个轧制，并保留一个轧制，并保留一个轧制，并保留一个轧制表面；当材料厚度小于表面；当材料厚度小于表面；当材料厚度小于表面；当材料厚度小于20mm20mm20mm20mm时则无须加工。时则无须加工。时则无须加工。时则无须加工。试件号试件长度L试件宽度B焊缝长度l1号试件20075125102号试件20015012510表表7 7 热热影响区最高硬度影响区最高硬度试试件尺寸件尺寸图图5 热影响区最高硬度试板热影响区最高硬度试板试样表面经研磨、腐蚀后，按图试样表面经研磨、腐蚀后，按图6位置测量硬度。位置测量硬度。图图6 硬度测量的位置硬度测量的位置一般用于焊接结构的钢材都应提供其最高硬度值，常用的低合金结构钢允许的热影响区最高硬度值见表8。表表表表8 8 8 8 常用低合金钢的碳当量及允许的热影响区最大硬度常用低合金钢的碳当量及允许的热影响区最大硬度常用低合金钢的碳当量及允许的热影响区最大硬度常用低合金钢的碳当量及允许的热影响区最大硬度钢钢 种种Pcm(%)CE(IIW)(%)最大硬度最大硬度HV非非调质调质调质调质非非调质调质调质调质非非调质调质调质调质Q2350.2485-0.4150-390-Q3900.2413-0.3993-400-Q4200.3091-0.4943-410380(正火正火)14MnMoV0.2850-0.5117-420390(正火正火)18MnMoNb0.3356-0.5782-420(正火正火)14MnMoNbB-0.2658-0.4593-450三、插销试验法三、插销试验法插销试验法是一种定量测定碳钢、低合金插销试验法是一种定量测定碳钢、低合金钢焊接热影响区冷裂纹敏感性的试验方法，钢焊接热影响区冷裂纹敏感性的试验方法，属于外拘束裂纹试验法。属于外拘束裂纹试验法。该试验方法消耗材料少，结果稳定可靠，该试验方法消耗材料少，结果稳定可靠，因此在国内外得到广泛应用。因此在国内外得到广泛应用。我国已制定国家标准我国已制定国家标准GB/T9446-1988GB/T9446-1988焊接焊接用插销冷裂纹试验方法用插销冷裂纹试验方法。插销试验的基本原理是根据产生冷裂纹的三要素插销试验的基本原理是根据产生冷裂纹的三要素插销试验的基本原理是根据产生冷裂纹的三要素插销试验的基本原理是根据产生冷裂纹的三要素（即（即（即（即钢的淬硬倾向、焊缝含氢量及接头的应力状钢的淬硬倾向、焊缝含氢量及接头的应力状钢的淬硬倾向、焊缝含氢量及接头的应力状钢的淬硬倾向、焊缝含氢量及接头的应力状态态态态），定量测出被焊钢材产生焊接冷裂纹的），定量测出被焊钢材产生焊接冷裂纹的），定量测出被焊钢材产生焊接冷裂纹的），定量测出被焊钢材产生焊接冷裂纹的“临临临临界应力界应力界应力界应力”作为冷裂纹敏感性的评定指标。作为冷裂纹敏感性的评定指标。作为冷裂纹敏感性的评定指标。作为冷裂纹敏感性的评定指标。1 1 1 1试样制备试样制备试样制备试样制备 把被焊钢材加工成直径为把被焊钢材加工成直径为把被焊钢材加工成直径为把被焊钢材加工成直径为8mm8mm8mm8mm或或或或6mm6mm6mm6mm的圆柱形试的圆柱形试的圆柱形试的圆柱形试棒（称为插销），形状和尺寸如图棒（称为插销），形状和尺寸如图棒（称为插销），形状和尺寸如图棒（称为插销），形状和尺寸如图7 7 7 7所示，各部位所示，各部位所示，各部位所示，各部位尺寸见表尺寸见表尺寸见表尺寸见表9 9 9 9，插销上端有环形或螺形缺口。将插销，插销上端有环形或螺形缺口。将插销，插销上端有环形或螺形缺口。将插销，插销上端有环形或螺形缺口。将插销插入底板直径相应的孔中，使带缺口一端与底板插入底板直径相应的孔中，使带缺口一端与底板插入底板直径相应的孔中，使带缺口一端与底板插入底板直径相应的孔中，使带缺口一端与底板表面平齐，如图表面平齐，如图表面平齐，如图表面平齐，如图8 8 8 8所示。所示。所示。所示。图图7 插销试棒的形状插销试棒的形状a）环形缺口插销）环形缺口插销 b）螺形缺口插销）螺形缺口插销图图8 插销试棒、底板及熔敷焊道插销试棒、底板及熔敷焊道a）环形缺口插销）环形缺口插销 b）螺形缺口插销）螺形缺口插销2 2 2 2试验过程试验过程试验过程试验过程 按选定的焊接方法和严格控制的工艺参数，在底按选定的焊接方法和严格控制的工艺参数，在底按选定的焊接方法和严格控制的工艺参数，在底按选定的焊接方法和严格控制的工艺参数，在底板上熔敷焊道，尽量使焊道中心线通过插销的端板上熔敷焊道，尽量使焊道中心线通过插销的端板上熔敷焊道，尽量使焊道中心线通过插销的端板上熔敷焊道，尽量使焊道中心线通过插销的端面中心，其熔深应保证缺口尖端位于热影响区的面中心，其熔深应保证缺口尖端位于热影响区的面中心，其熔深应保证缺口尖端位于热影响区的面中心，其熔深应保证缺口尖端位于热影响区的粗晶部位，焊道长度约粗晶部位，焊道长度约粗晶部位，焊道长度约粗晶部位，焊道长度约100100100100150mm150mm150mm150mm。在焊后冷却至在焊后冷却至在焊后冷却至在焊后冷却至100100100100150150150150时（有预热时应在冷至时（有预热时应在冷至时（有预热时应在冷至时（有预热时应在冷至高出预热温度高出预热温度高出预热温度高出预热温度5050505070707070）加载，当保持载荷）加载，当保持载荷）加载，当保持载荷）加载，当保持载荷16h16h16h16h或或或或24h24h24h24h（有预热）期间试棒发生断裂，即得到该（有预热）期间试棒发生断裂，即得到该（有预热）期间试棒发生断裂，即得到该（有预热）期间试棒发生断裂，即得到该试验条件下的试验条件下的试验条件下的试验条件下的“临界应力临界应力临界应力临界应力”；如果在保持载荷期；如果在保持载荷期；如果在保持载荷期；如果在保持载荷期间未发生断裂，应调整载荷直至发生断裂。改变间未发生断裂，应调整载荷直至发生断裂。改变间未发生断裂，应调整载荷直至发生断裂。改变间未发生断裂，应调整载荷直至发生断裂。改变含氢量、焊接热输入和预热温度，可得到不同的含氢量、焊接热输入和预热温度，可得到不同的含氢量、焊接热输入和预热温度，可得到不同的含氢量、焊接热输入和预热温度，可得到不同的临界应力。临界应力越小，说明材料对冷裂纹越临界应力。临界应力越小，说明材料对冷裂纹越临界应力。临界应力越小，说明材料对冷裂纹越临界应力。临界应力越小，说明材料对冷裂纹越敏感。敏感。敏感。敏感。3 3 3 3插销试验特点：插销试验特点：插销试验特点：插销试验特点：1 1 1 1）试件尺寸小，底板与插销材料可以不同，且底）试件尺寸小，底板与插销材料可以不同，且底）试件尺寸小，底板与插销材料可以不同，且底）试件尺寸小，底板与插销材料可以不同，且底板可重复使用，因此试验消耗材料少。板可重复使用，因此试验消耗材料少。板可重复使用，因此试验消耗材料少。板可重复使用，因此试验消耗材料少。2 2 2 2）调整焊接热输入和底板厚度可得到不同的接头）调整焊接热输入和底板厚度可得到不同的接头）调整焊接热输入和底板厚度可得到不同的接头）调整焊接热输入和底板厚度可得到不同的接头冷却速度。冷却速度。冷却速度。冷却速度。3 3 3 3）插销可从被试验材料任意方向截取，还方便从）插销可从被试验材料任意方向截取，还方便从）插销可从被试验材料任意方向截取，还方便从）插销可从被试验材料任意方向截取，还方便从全熔敷金属中取样来测定焊缝金属对冷裂纹的敏全熔敷金属中取样来测定焊缝金属对冷裂纹的敏全熔敷金属中取样来测定焊缝金属对冷裂纹的敏全熔敷金属中取样来测定焊缝金属对冷裂纹的敏感性。感性。感性。感性。4 4 4 4）试验要求环形缺口必须位于焊缝的粗晶区，要）试验要求环形缺口必须位于焊缝的粗晶区，要）试验要求环形缺口必须位于焊缝的粗晶区，要）试验要求环形缺口必须位于焊缝的粗晶区，要求较严格