第2章焊接性及其试验评定讲述.ppt

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1、第第2章章 焊接性及其试验评定焊接性及其试验评定_ _2.1 焊接性及影响因素焊接性及影响因素_ 2.1.1 焊接性概念焊接性概念_ 2.1.2 影响焊接性的因素影响焊接性的因素_2.2 焊接性试验的内容及评定原则焊接性试验的内容及评定原则_ 2.2.1 焊接性试验的内容焊接性试验的内容_ 2.2.2 评定焊接性的原则评定焊接性的原则_ 2.2.3 焊接性评定方法分类焊接性评定方法分类_2.3 焊接性的评定及试验方法焊接性的评定及试验方法_ 2.3.1 焊接性的间接评定焊接性的间接评定_ 2.3.2 焊接性的直接试验方法焊接性的直接试验方法_2.1 焊接性及影响因素焊接性及影响因素2.1.1

2、焊接性（焊接性（Weldability）概念）概念定义：焊接性是指同质材料或异质材料在制造工艺定义：焊接性是指同质材料或异质材料在制造工艺 条件下，能够焊接形成条件下，能够焊接形成完整接头完整接头并满足预期并满足预期 使用要求使用要求的能力。的能力。焊接性是材料焊接加工的适应性，指材料在一定焊接性是材料焊接加工的适应性，指材料在一定的焊接工艺条件下（包括焊接方法、焊接材料、焊接的焊接工艺条件下（包括焊接方法、焊接材料、焊接参数和结构形式等），获得优质焊接接头的参数和结构形式等），获得优质焊接接头的难易程度难易程度和该焊接接头能否在使用条件下和该焊接接头能否在使用条件下可靠运行可靠运行。两个方面

3、的含义：两个方面的含义：1、材料在焊接加工中是否容易形成接头或产生缺陷、材料在焊接加工中是否容易形成接头或产生缺陷 结合性能结合性能2、焊接完成的接头在一定的使用条件下可靠运行、焊接完成的接头在一定的使用条件下可靠运行 的能力的能力使用性能使用性能研究焊接性的目的研究焊接性的目的：查明一定的材料在指定的焊接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。的合理性或材料的改进方向。金属材料焊接性是指金属材料对焊接加工的适应性，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。它包括工

4、艺焊接性和使用焊接性。1、工艺焊接性和使用焊接性、工艺焊接性和使用焊接性1）工艺焊接性就是一定的材料在给定的焊接工艺条件）工艺焊接性就是一定的材料在给定的焊接工艺条件 下对形成焊接缺陷的敏感性，涉及焊接制造工艺过下对形成焊接缺陷的敏感性，涉及焊接制造工艺过 程中的焊接缺陷问题，如裂纹、气孔、断裂等。程中的焊接缺陷问题，如裂纹、气孔、断裂等。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、焊接材料金属的成分和性能，并且随着焊接方法、焊接材料和工艺措施的发展而变化和工艺措施的发展而变化2、冶金焊接性和热焊接性、冶金焊接性和热焊接性

5、2）使用焊接性指一定材料在规定的焊接工艺条件下）使用焊接性指一定材料在规定的焊接工艺条件下 所形成的焊接接头适应使用要求的能力，涉及焊所形成的焊接接头适应使用要求的能力，涉及焊 接接头的使用可靠性问题。接接头的使用可靠性问题。在焊接接头区域在焊接接头区域冶金过程：影响冶金过程：影响焊缝焊缝金属的组织和性能金属的组织和性能热过程：影响热过程：影响热影响区热影响区的组织和性能。的组织和性能。必须联系工艺条件和使用性能来分析焊接性必须联系工艺条件和使用性能来分析焊接性1）冶金焊接性）冶金焊接性：熔焊高温下的熔池金属与气相、熔渣：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等相之

6、间发生化学冶金反应所引起的 焊接性变化焊接性变化 改善方法：研制新材料，发展新焊接材料、改善方法：研制新材料，发展新焊接材料、新焊接工艺新焊接工艺2）热焊接性：焊接过程中要向接头区域输入很多热量，）热焊接性：焊接过程中要向接头区域输入很多热量，对焊缝附近区域形成加热和冷却过程，这对靠近焊对焊缝附近区域形成加热和冷却过程，这对靠近焊 缝的热影响区的组织性能有很大影响，从而引起热缝的热影响区的组织性能有很大影响，从而引起热 影响区硬度、韧性、耐蚀性等的变化影响区硬度、韧性、耐蚀性等的变化 改善方法：选择适当母材，正确选定焊接方法和改善方法：选择适当母材，正确选定焊接方法和 热输入热输入2.1.2

7、影响焊接性的因素影响焊接性的因素1、材料因素、材料因素母材、焊接材料母材、焊接材料2、设计因素、设计因素焊接接头设计焊接接头设计3、工艺因素、工艺因素焊接方法、工艺措施焊接方法、工艺措施4、服役环境、服役环境工作温度、工作介质、载荷性质工作温度、工作介质、载荷性质表表2-1 常用金属材料焊接难易程度一览表常用金属材料焊接难易程度一览表表表2-22-2常用金属材料焊接中的问题常用金属材料焊接中的问题2.2 焊接性试验的内容及评定原则焊接性试验的内容及评定原则2.2.1 焊接性试验的内容焊接性试验的内容1、焊缝金属抵抗产生、焊缝金属抵抗产生热裂纹热裂纹的能力的能力 焊缝熔池金属在结晶时，由于存在焊

8、缝熔池金属在结晶时，由于存在S、P等有害等有害元素（如形成低熔点的共晶物）并受到元素（如形成低熔点的共晶物）并受到较大热应力较大热应力作用，可能在结晶末期产生热裂纹。作用，可能在结晶末期产生热裂纹。热裂纹敏感指数热裂纹敏感指数、热裂纹试验热裂纹试验2、焊缝及热影响区抵抗产生、焊缝及热影响区抵抗产生冷裂纹冷裂纹的能力的能力 在焊接热循环作用下，焊缝及热影响区由于组在焊接热循环作用下，焊缝及热影响区由于组织、性能发生变化，加之受焊接应力作用以及扩散织、性能发生变化，加之受焊接应力作用以及扩散氢的影响，可能产生冷裂纹（或延迟裂纹）氢的影响，可能产生冷裂纹（或延迟裂纹）间接计算、焊接性试验间接计算、焊

9、接性试验3、焊接接头抗、焊接接头抗脆性断裂脆性断裂的能力的能力 受焊接冶金反应、热循环、结晶过程的影响，受焊接冶金反应、热循环、结晶过程的影响，可使焊接接头的某一部分或整体发生脆化（韧性可使焊接接头的某一部分或整体发生脆化（韧性急剧下降），尤其对在低温使用下的焊接结构影急剧下降），尤其对在低温使用下的焊接结构影响更大。响更大。表表2-3 2-3 合金结构钢焊接性分析时应考虑的问题合金结构钢焊接性分析时应考虑的问题金金 属属 材材 料料焊接性重点分析的内容焊接性重点分析的内容热轧及正火钢热轧及正火钢低碳调质钢低碳调质钢中碳调质钢中碳调质钢珠光体耐热钢珠光体耐热钢低温钢低温钢合合 金金 结结 构构

10、 钢钢冷裂纹、热裂纹、消除应力裂纹、层状撕裂、热影响区脆化冷裂纹、热裂纹、消除应力裂纹、层状撕裂、热影响区脆化冷裂纹、根部裂纹、热裂纹、热影响区脆化、热影响区软化冷裂纹、根部裂纹、热裂纹、热影响区脆化、热影响区软化热裂纹、冷裂纹、热影响区脆化、热影响区回火软化热裂纹、冷裂纹、热影响区脆化、热影响区回火软化冷裂纹、热影响区硬化、消除应力裂纹、蠕变强度、持久强度冷裂纹、热影响区硬化、消除应力裂纹、蠕变强度、持久强度低温缺口韧性、冷裂纹低温缺口韧性、冷裂纹4、焊接接头的使用性能、焊接接头的使用性能力学性能、耐腐蚀性、低温钢的低温冲击韧度、力学性能、耐腐蚀性、低温钢的低温冲击韧度、耐热钢的高温蠕变强度

11、或持久强度、抗层状撕裂耐热钢的高温蠕变强度或持久强度、抗层状撕裂2.2.2 评定焊接性的原则评定焊接性的原则1、评定焊接接头、评定焊接接头产生工艺缺陷的倾向产生工艺缺陷的倾向，为制定合理，为制定合理 的焊接工艺提供依据的焊接工艺提供依据 试验：抗裂性试验（热裂纹试验、冷裂纹试验、试验：抗裂性试验（热裂纹试验、冷裂纹试验、消除应力裂纹试验、层状撕裂试验）消除应力裂纹试验、层状撕裂试验）2、评定焊接接头、评定焊接接头能否满足结构使用性能的要求能否满足结构使用性能的要求选择已有或设计新焊接性试验方法应符合下述原则：选择已有或设计新焊接性试验方法应符合下述原则：1）可比性）可比性 焊接性试验条件应尽可

12、能接近实际焊接时的条件焊接性试验条件应尽可能接近实际焊接时的条件2）针对性）针对性 针对具体的焊接结构制定试验方案，同时试验条件针对具体的焊接结构制定试验方案，同时试验条件还应考虑到产品的使用条件还应考虑到产品的使用条件3）再现性）再现性 焊接性试验的结果要稳定可靠，具有较好再现性焊接性试验的结果要稳定可靠，具有较好再现性4）经济性经济性 消耗材料少、加工容易、试验周期短消耗材料少、加工容易、试验周期短2.2.3 焊接性评定方法分类焊接性评定方法分类1、模拟类方法、模拟类方法方法：热模拟法、焊接热方法：热模拟法、焊接热-应力模拟法等应力模拟法等 焊接热模拟技术在测定焊接热影响区连续冷却焊接热模

13、拟技术在测定焊接热影响区连续冷却组织转变图（组织转变图（SHCCT图）和研究焊接冷裂纹倾向、图）和研究焊接冷裂纹倾向、脆化倾向等方面具有十分重要的作用。脆化倾向等方面具有十分重要的作用。热模拟试验机：热模拟试验机：模拟不同焊接方法和焊接工艺参数下的主要热模拟不同焊接方法和焊接工艺参数下的主要热循环参数循环参数利用热模拟试验机可开展下列研究工作：利用热模拟试验机可开展下列研究工作：1）建立模拟焊接热影响区的连续冷却组织转变图）建立模拟焊接热影响区的连续冷却组织转变图 （SHCCT）2）研究焊接热影响区不同区段（尤其是过热区）的组）研究焊接热影响区不同区段（尤其是过热区）的组 织与性能织与性能 3

14、）定量地研究冷裂纹、热裂纹、再热裂纹和层状撕裂）定量地研究冷裂纹、热裂纹、再热裂纹和层状撕裂 的形成条件及机理的形成条件及机理 4）模拟应力应变对组织转变及裂纹形成影响的规律）模拟应力应变对组织转变及裂纹形成影响的规律例：对低合金高强钢作焊接热裂纹模拟试验，采用 带缺口的试样图图2-1 2-1 焊后热处理及消除应力裂纹试验程序焊后热处理及消除应力裂纹试验程序 a a)温度循环温度循环 b b)应变循环应变循环 c c)应力循环应力循环2、实焊类方法、实焊类方法裂纹敏感性试验、焊接接头的力学性能试验、裂纹敏感性试验、焊接接头的力学性能试验、低温脆性试验、断裂韧性试验、高温蠕变及低温脆性试验、断裂

15、韧性试验、高温蠕变及持久强度试验等持久强度试验等小焊接构件：用产品做试验小焊接构件：用产品做试验大型焊接构件：焊接试样大型焊接构件：焊接试样1）焊接冷裂纹试验：斜）焊接冷裂纹试验：斜Y型坡口对接试验，插销试验、型坡口对接试验，插销试验、拉伸拘束裂纹试验（拉伸拘束裂纹试验（TRC）、刚性拘束裂纹试验等）、刚性拘束裂纹试验等焊接性试验：焊接性试验：2）焊接热裂纹试验：可调拘束裂纹试验，压板对接）焊接热裂纹试验：可调拘束裂纹试验，压板对接（FISCO）焊接裂纹试验等）焊接裂纹试验等3）消除应力裂纹试验：斜）消除应力裂纹试验：斜Y型坡口消除应力裂纹试验，型坡口消除应力裂纹试验，H型拘束试验、插销式消除

16、应力裂纹试验法等型拘束试验、插销式消除应力裂纹试验法等4）层状撕裂试验：）层状撕裂试验：Z向拉伸试验、向拉伸试验、Z向窗口试验等向窗口试验等5）应力腐蚀裂纹试验：）应力腐蚀裂纹试验：U型弯曲试验、缺口试验等型弯曲试验、缺口试验等3、理论分析和计算类方法、理论分析和计算类方法1）利用物理性能分析）利用物理性能分析 材料的熔点、热导率、线膨胀系数、密度和热容材料的熔点、热导率、线膨胀系数、密度和热容量等，都会对焊接热循环、熔化结晶、相变等产生影量等，都会对焊接热循环、熔化结晶、相变等产生影响，从而影响焊接性。响，从而影响焊接性。2）利用化学性能分析）利用化学性能分析 与氧亲和力强的材料（如铝、与氧

17、亲和力强的材料（如铝、镁、镁、钛等）在钛等）在焊接高温下极易氧化，需要采取较可靠的保护方焊接高温下极易氧化，需要采取较可靠的保护方法，如采用惰性气体保护焊或真空中焊接等，有法，如采用惰性气体保护焊或真空中焊接等，有时焊缝背面也需要保护。时焊缝背面也需要保护。3）利用合金状态图或）利用合金状态图或SHCCT图分析图分析 SHCCT反映了焊接热影响区从高温连续冷却时，反映了焊接热影响区从高温连续冷却时，热影响区显微组织和室温硬度与冷却速度的关系热影响区显微组织和室温硬度与冷却速度的关系 4）利用经验公式）利用经验公式碳当量法、焊接裂纹敏感指数法、热影响区最高碳当量法、焊接裂纹敏感指数法、热影响区最

18、高硬度法等硬度法等图图2-32-3 Q295 Q295钢热影响区钢热影响区CCTCCT图的临界冷却曲线和临界冷却时间图的临界冷却曲线和临界冷却时间2.3 焊接性的评定及试验方法焊接性的评定及试验方法评定方法：评定方法：1、间接法：以化学成分、热模拟组织和性能、焊接、间接法：以化学成分、热模拟组织和性能、焊接 连续冷却转变图（连续冷却转变图（CCT图）、焊接热影图）、焊接热影 响区的最高硬度、碳当量公式、裂纹敏响区的最高硬度、碳当量公式、裂纹敏 感指数经验公式等感指数经验公式等2、直接试验法：各种抗裂性试验、对实际焊接结构、直接试验法：各种抗裂性试验、对实际焊接结构 焊缝和接头的各种性能试验焊缝

19、和接头的各种性能试验需进行需进行一系列试验一系列试验才可能较全面阐明焊接性才可能较全面阐明焊接性2.3.1 焊接性的间接评定焊接性的间接评定1、碳当量法、碳当量法 焊接焊接热影响区的淬硬及冷裂纹倾向热影响区的淬硬及冷裂纹倾向与钢种的化学与钢种的化学成分有密切关系，成分有密切关系，因此可以用化学成分间接地评估钢因此可以用化学成分间接地评估钢材冷裂纹的敏感性。材冷裂纹的敏感性。碳对冷裂敏感性的影响最显著碳对冷裂敏感性的影响最显著碳当量碳当量（CE或或Ceq）：把钢中合金元素的含量按相当）：把钢中合金元素的含量按相当于若干碳含量折算并叠加起来，作为粗略评定钢材冷于若干碳含量折算并叠加起来，作为粗略评

20、定钢材冷裂倾向的参数指标裂倾向的参数指标表表2-4 2-4 常用合金结构钢碳当量公式常用合金结构钢碳当量公式 公式中的元素符号即表示该元素的质量分数（后同）。公式中的元素符号即表示该元素的质量分数（后同）。碳当量法只用于对钢材焊接性做初步分析碳当量法只用于对钢材焊接性做初步分析碳当量计算公式碳当量计算公式适用范围适用范围国际焊接学会（国际焊接学会（IIW）推荐）推荐CE=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5 +(Cu+Ni)/15 (%)中高强度的非调质低合金高强度钢中高强度的非调质低合金高强度钢wc0.18%b=500900Mpa日本工业标准（日本工业标准（JIS）规定）规定 Ceq(JIS

21、)=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5 +Mo/4+V/14 (%)调质低合金高强度钢调质低合金高强度钢 b=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%美国焊接学会（美国焊接学会（AWS）推荐）推荐Ceq(AWS)=C+Mn/6+Si/24+Ni/15+Cr/5 +Mo/4+Cu/13+P/2 (%)碳钢和低合金高强钢碳钢和低合金高强钢 化学成分化学成分wc0.6%、wMn1.6%、wNi3.3%、wCr1.0%、wMo0.6%、wCu=0.5

22、%1%、wP=0.05%0.15%注意：注意：1、使用、使用IIW推荐的碳当量公式：推荐的碳当量公式：板厚板厚20mm的钢材：的钢材：1）当）当CE0.4%时，淬硬倾向不大，焊接性良好，时，淬硬倾向不大，焊接性良好，焊前不需要预热；焊前不需要预热；2）CE0.4%-0.6%时，尤其是时，尤其是CE0.5%时，钢材时，钢材 易淬硬，表明焊接性已变差，焊接时需预热才易淬硬，表明焊接性已变差，焊接时需预热才 能防止裂纹，随板厚增大预热温度要相应提高能防止裂纹，随板厚增大预热温度要相应提高2、使用日本工业标准（、使用日本工业标准（JIS）的碳当量公式时：）的碳当量公式时：当当25mm和采用焊条电弧焊时

23、（焊接热输入为和采用焊条电弧焊时（焊接热输入为17kJ/cm），对于不同强度级别的钢材规定了不产生裂），对于不同强度级别的钢材规定了不产生裂纹的碳当量界限和相应的预热措施纹的碳当量界限和相应的预热措施表表2-2-5 5 钢材强度和碳当量确定预热温度钢材强度和碳当量确定预热温度钢材强度级别钢材强度级别（b b/MPa）Ceq(JIS)（%）临界值）临界值预热温度（预热温度（）5000.46不预热不预热6000.52757000.521008000.621503、使用美国焊接学会（、使用美国焊接学会（AWS）推荐碳当量公式时：）推荐碳当量公式时：碳当量结合焊件厚度碳当量结合焊件厚度：图图2-4中查

24、出该钢材焊接性的优劣等级中查出该钢材焊接性的优劣等级图图2-4 碳当量（碳当量（Ceq）与板厚）与板厚的关系的关系-优良优良 -较好较好 -尚好尚好 -尚可尚可表表2-6 2-6 不同焊接性等级钢材的最佳焊接工艺措施不同焊接性等级钢材的最佳焊接工艺措施焊接性等级焊接性等级酸性焊条酸性焊条碱性低氢型焊条碱性低氢型焊条消除应力消除应力敲击焊缝敲击焊缝（优良）（优良）不需预热不需预热不需预热不需预热不需不需不需不需（较好）（较好）预热预热40100-10以上不预热以上不预热任意任意任意任意（尚好）（尚好）预热预热150预热预热40100希望希望希望希望（尚可）（尚可）预热预热150200预热预热10

25、0希望希望希望希望表表2-6中确定不同焊接性等级钢材的最佳焊接工艺措施中确定不同焊接性等级钢材的最佳焊接工艺措施2、焊接冷裂纹敏感指数法、焊接冷裂纹敏感指数法 合金结构钢焊接时产生冷裂纹的原因除化学成分合金结构钢焊接时产生冷裂纹的原因除化学成分外，还与焊缝金属组织、扩散氢含量、接头拘束度等外，还与焊缝金属组织、扩散氢含量、接头拘束度等密切相关密切相关冷裂纹敏感性指数冷裂纹敏感性指数：与化学成分、扩散氢和拘束度：与化学成分、扩散氢和拘束度 （或板厚）相联系（或板厚）相联系 可用冷裂纹敏感性指数确定防止冷裂纹所需的可用冷裂纹敏感性指数确定防止冷裂纹所需的焊前预热温度焊前预热温度表表2-2-7 7

26、冷裂纹敏感性公式及焊前预热温度的确定冷裂纹敏感性公式及焊前预热温度的确定上式适用的成分范围为：上式适用的成分范围为：WC=0.07%-0.22%;WSi0.60%;WMn=0.40%-1.40%;WCu0.50%;WNi1.20%;WCr1.20%;WMo0.70%;WV0.12%;WNb0.04%;WTi0.50%;WB0.005%板厚板厚1950mm;扩散氢含量扩散氢含量H1.05.0mL/100g Pcm冷裂纹敏感系数冷裂纹敏感系数 H熔敷金属中的扩散氢含量熔敷金属中的扩散氢含量 （日本（日本JIS甘油法与我国甘油法与我国GB/T3965-1995测氢法测氢法 等效（等效（mL/100g

27、）被焊金属板厚（被焊金属板厚（mm）R拘束度（拘束度（MPa）HD熔敷金属中的有效扩散氢含量（熔敷金属中的有效扩散氢含量（mL/100g）有效系数有效系数 低氢型焊条低氢型焊条=0.6，HD=H 酸性焊条酸性焊条=0.48，HD=H/23、焊接热裂纹敏感性指数、焊接热裂纹敏感性指数1）热裂纹敏感系数（简称热裂纹敏感系数（简称HCS）当当HCS4时，一般不会产生热裂纹时，一般不会产生热裂纹 HCS越大的金属材料，其热裂纹敏感性越高越大的金属材料，其热裂纹敏感性越高适用范围：一般低合金高强钢，包括低温钢和珠光适用范围：一般低合金高强钢，包括低温钢和珠光 体耐热钢体耐热钢2）临界应变增长率（简称）临

28、界应变增长率（简称CST）CST=(19.2C 97.2S 0.8Cu 1.0Ni+3.9Mn +65.7Nb618.5B+7.0)10-4当当CST6.510-4时，可以防止产生热裂纹时，可以防止产生热裂纹 但这仅是按化学成分来考虑的但这仅是按化学成分来考虑的4、消除应力裂纹敏感性指数法、消除应力裂纹敏感性指数法 预测低合金结构钢焊接性时，根据预测低合金结构钢焊接性时，根据合金元素合金元素对对消除应力裂纹敏感性的影响，采用消除应力裂纹敏消除应力裂纹敏感性的影响，采用消除应力裂纹敏感性指数法进行评定感性指数法进行评定1）G法，其计算公式为：法，其计算公式为：G=Cr+3.3Mo+8.1V2(%

29、)G0时，不产生消除应力裂纹时，不产生消除应力裂纹 G0时，对产生消除应力裂纹较敏感时，对产生消除应力裂纹较敏感WC0.1%的低合金钢，上式可修正为：的低合金钢，上式可修正为：G=G+10C=Cr+3.3Mo+8.1V-2+10C(%)G2时，对消除应力裂纹敏感；时，对消除应力裂纹敏感；1.5G2时，对消除应力裂纹敏感性中等；时，对消除应力裂纹敏感性中等；G1.5时，对消除应力裂纹不敏感时，对消除应力裂纹不敏感2）PSR法法 用于考虑合金结构钢焊接时用于考虑合金结构钢焊接时Cu、Nb、Ti等元素对等元素对消除应力裂纹的影响，计算公式为：消除应力裂纹的影响，计算公式为：PSR=Cr+Cu+2Mo

30、+5Ti+7Nb+10V2(%)此公式适用范围为：此公式适用范围为：WCr1.5%；WMo2.0%；WCu1.0%；0.10%WC0.25%；WV+WNb+WTi0.15%当当PSR0时，对产生消除应力裂纹较敏感时，对产生消除应力裂纹较敏感5、层状撕裂敏感性指数法、层状撕裂敏感性指数法 层状撕裂属于层状撕裂属于低温开裂低温开裂，主要与钢中，主要与钢中夹杂物夹杂物的数量、种类和分布等有关的数量、种类和分布等有关 在对抗拉强度在对抗拉强度500-800MPa低合金结构钢低合金结构钢的插销的插销试验和窗形拘束裂纹试验的基础上，提出下述计算试验和窗形拘束裂纹试验的基础上，提出下述计算层状撕裂敏感性指数

31、的公式：层状撕裂敏感性指数的公式：Pcm冷裂纹敏感指数冷裂纹敏感指数 H熔敷金属中的扩散氢含量（用日本熔敷金属中的扩散氢含量（用日本JIS法测定），法测定），（mL/100g）适用：低合金结构钢适用：低合金结构钢焊接热影响区焊接热影响区附近产生的层状附近产生的层状 撕裂撕裂 根据层状撕裂敏感性指数根据层状撕裂敏感性指数PL可以在图可以在图2-5上查出上查出插销试验插销试验Z向不产生层状撕裂的临界应力值向不产生层状撕裂的临界应力值(Z)cr。图图2-5 层状撕裂敏感性指数层状撕裂敏感性指数PL与与(Z)cr的关系的关系6、焊接热影响区最高硬度法、焊接热影响区最高硬度法 焊接热影响区的最高硬度可以

32、相对地评价被焊焊接热影响区的最高硬度可以相对地评价被焊钢材的钢材的淬硬倾向和冷裂纹敏感性淬硬倾向和冷裂纹敏感性IIW推荐采用推荐采用我国：我国：GB/T 4675.5-1984焊接热影响区最高硬度焊接热影响区最高硬度 试验方法试验方法 1）试件制备）试件制备 20mm，L=200mm，B=150mm 若若20mm，用机械加工成，用机械加工成20mm厚度，并保留一厚度，并保留一个轧制面；若板厚小于个轧制面；若板厚小于20mm，不需机械加工，不需机械加工图图2-6 热影响区最高硬度法试件的形状热影响区最高硬度法试件的形状2）试验条件）试验条件焊前清理试件表面，焊试件两端要撑架空，下面留足够空间焊前

33、清理试件表面，焊试件两端要撑架空，下面留足够空间在室温和预热温度下平焊，沿试件轧制表面的中心线焊在室温和预热温度下平焊，沿试件轧制表面的中心线焊l=(12510)mm焊缝，焊条直径为焊缝，焊条直径为4mm，焊接电流，焊接电流(17010)A，焊，焊接速度为（接速度为（0.250.02）cm/s焊后试件在空气中自然冷却，不进行任何焊后热处理焊后试件在空气中自然冷却，不进行任何焊后热处理3）硬度测定）硬度测定 焊后自然冷却焊后自然冷却12h后，垂直切割焊缝中部，在此断后，垂直切割焊缝中部，在此断面上截取硬度测试试样。试样检测面经金相磨制后，面上截取硬度测试试样。试样检测面经金相磨制后，腐蚀出熔合线

34、，做出硬度测定线。腐蚀出熔合线，做出硬度测定线。图图2-7 测定硬度的位置测定硬度的位置一般用于焊接结构的钢材都应提供其最高硬度值一般用于焊接结构的钢材都应提供其最高硬度值钢钢 种种Pcm(%)CE(IIW)(%)最大硬度最大硬度HV非调质非调质调质调质非调质非调质调质调质非调质非调质调质调质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-0.265

35、8-0.4593-450表表2-8 2-8 常用低合金钢的碳当量及允许的最大硬度常用低合金钢的碳当量及允许的最大硬度2.3.2 焊接性的直接试验方法焊接性的直接试验方法直接试验方法大多针对钢材在焊接过程中出现的直接试验方法大多针对钢材在焊接过程中出现的裂纹裂纹而设计而设计表表2-9 2-9 各种金属材料可能产生的焊接裂纹类型各种金属材料可能产生的焊接裂纹类型注：注：常发生，常发生，有时发生有时发生1、焊接冷裂纹试验方法、焊接冷裂纹试验方法焊接冷裂纹：在焊后冷却至较低温下产生的一种常见焊接冷裂纹：在焊后冷却至较低温下产生的一种常见 裂纹裂纹出现部位：出现部位：低中合金结构钢的焊接热影响区或熔合区

36、低中合金结构钢的焊接热影响区或熔合区 焊接超高强度钢或某些钛合金时，出现在焊接超高强度钢或某些钛合金时，出现在 焊缝金属中焊缝金属中用于评定高强钢第一层焊缝及用于评定高强钢第一层焊缝及热影响区的裂纹倾向，试验方热影响区的裂纹倾向，试验方法简便，是国际上采用较多的法简便，是国际上采用较多的抗裂性试验方法之一，亦称抗裂性试验方法之一，亦称“小铁研小铁研”试验试验焊缝焊缝热影响区热影响区单道单道焊条电弧焊焊条电弧焊CO2焊焊特点特点拘束形式拘束形式焊接方法焊接方法试验方法名称试验方法名称焊接层数焊接层数 裂纹部位裂纹部位斜斜Y形坡口对接裂纹试验形坡口对接裂纹试验（GB/T4675.11984）刚性固

37、定对接裂纹试验刚性固定对接裂纹试验焊条电弧焊焊条电弧焊CO2焊焊SAW此法拘束度很大，容易产生裂此法拘束度很大，容易产生裂纹，往往在试验中发生裂纹而纹，往往在试验中发生裂纹而在实际生产中不出现裂纹，多在实际生产中不出现裂纹，多用于大厚件用于大厚件单道或单道或多道多道焊缝焊缝热影响区热影响区主要用于考察多层焊时焊缝的主要用于考察多层焊时焊缝的横向裂纹敏感性横向裂纹敏感性窗形拘束裂纹试验窗形拘束裂纹试验焊条电弧焊焊条电弧焊CO2焊焊单道或单道或多道多道焊缝焊缝拉伸拉伸自拘束自拘束主要用于测定热影响区的冷裂主要用于测定热影响区的冷裂纹倾向纹倾向自拘束自拘束热影响区热影响区单道单道焊条电弧焊焊条电弧焊

38、MIG焊焊十字接头裂纹试验十字接头裂纹试验插销试验插销试验（GB/T94461988）焊条电弧焊焊条电弧焊CO2焊焊单道单道热影响区热影响区需专用设备，评定高强度钢热需专用设备，评定高强度钢热影响区冷裂倾向，简便、省材影响区冷裂倾向，简便、省材刚性拘束裂纹试验刚性拘束裂纹试验（RRC试验）试验）需专用设备，可用于研究冷裂需专用设备，可用于研究冷裂机理，临界拘束应力、热输入、机理，临界拘束应力、热输入、扩散氢含量、预热温度等对冷扩散氢含量、预热温度等对冷裂倾向的影响裂倾向的影响需专用设备，可定量分析产生需专用设备，可定量分析产生裂纹的各种因素，如成分、含裂纹的各种因素，如成分、含氢量、拘束应力氢

39、量、拘束应力焊条电弧焊焊条电弧焊CO2焊焊焊条电弧焊焊条电弧焊CO2焊焊单道单道单道单道焊缝焊缝热影响区热影响区焊缝焊缝热影响区热影响区可变拘束可变拘束拉伸拘束裂纹试验拉伸拘束裂纹试验（TRC试验）试验）表表2-10 2-10 常用的低合金钢焊接冷裂纹试验方法常用的低合金钢焊接冷裂纹试验方法1）斜）斜Y形坡口形坡口对接裂纹试验对接裂纹试验“小铁研小铁研”试验试验 （Y-slit Type Cracking Test，GB/T 4675.1-1984）评定评定低合金结构钢焊缝及热影响区的冷裂纹敏感性低合金结构钢焊缝及热影响区的冷裂纹敏感性试件制备：试件制备：试件的尺寸和形状如试件的尺寸和形状如2

40、-8图所示图所示板厚为板厚为938mm采用机械方法加工试件坡口采用机械方法加工试件坡口试板两端各焊接试板两端各焊接60mm的拘束焊缝的拘束焊缝采用双面焊采用双面焊试件中间待焊部位有试件中间待焊部位有2mm的间隙。的间隙。图图2-8 斜斜Y形坡口对接试件的形状及尺寸形坡口对接试件的形状及尺寸 试验条件：试验条件：试验焊缝选用焊条应与母材相匹配，并严格烘干试验焊缝选用焊条应与母材相匹配，并严格烘干焊接参数：焊条直径焊接参数：焊条直径4mm，焊接电流（，焊接电流（17010）A，焊接电压（焊接电压（242）V，焊接速度（，焊接速度（15010）mm/min图图2-9 施焊时的试验焊缝施焊时的试验焊缝

41、a)焊条电弧焊试验焊缝焊条电弧焊试验焊缝 b)焊丝自动送进的试验焊缝焊丝自动送进的试验焊缝 试验焊缝可在各种不同温度下施焊，试验焊缝只焊一道，不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填满坡口。焊后静置和自然冷却24h后截取试样和进行裂纹检测后截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5-10倍放大镜来检测焊缝和热影响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区的表面和断面是否有裂纹计算试样的计算试样的表面裂纹率、根部裂纹率和断面裂纹率表面裂纹率、根部裂纹率和断面裂纹率：图图2-10 试样裂纹长度计算试样裂

42、纹长度计算（图（图b根部、表面标错了！）根部、表面标错了！）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a）表面裂纹率）表面裂纹率Cf lf 表面裂纹长度之和（表面裂纹长度之和（mm）；）；L试验焊缝长度（试验焊缝长度（mm）b）根部裂纹率）根部裂纹率Cr：试样先经着色检验，然后将其拉断试样先经着色检验，然后将其拉断lr 根部裂纹长度之和（根部裂纹长度之和（mm）c）断面裂纹率）断面裂纹率Cs：用机械加工方法在试验焊缝上等分截取出用机械加工方法在试验焊缝上等分截取出4-6块试样，块试样，检查检查5个横断面上的裂纹深度个横断面上的裂纹深度HsHs5个断面裂纹深度的总和（个断面裂

43、纹深度的总和（mm）；）；H5个断面焊缝最小厚度的总和（个断面焊缝最小厚度的总和（mm）低合金钢低合金钢“小铁研小铁研”试验表面裂纹率试验表面裂纹率Cf20%时，时，用于一般焊接结构生产是安全的用于一般焊接结构生产是安全的2）插销试验方法（）插销试验方法（Implant Test）测定测定低合金钢焊接热影响区冷裂纹敏感性的一种低合金钢焊接热影响区冷裂纹敏感性的一种定量试验方法定量试验方法 消耗材料少、试验结果稳定，应用较广泛消耗材料少、试验结果稳定，应用较广泛 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（即钢的淬硬倾向、焊缝含氢量及接头的应力状态钢

44、的淬硬倾向、焊缝含氢量及接头的应力状态），），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“临界应力临界应力”作为作为冷裂纹敏感性的评定指标冷裂纹敏感性的评定指标试样制备：试样制备：将被焊钢材加工成圆柱形的插销试棒，沿轧制将被焊钢材加工成圆柱形的插销试棒，沿轧制方向取样并注明插销在厚度方向的位置。插销试棒方向取样并注明插销在厚度方向的位置。插销试棒的形状如图的形状如图2-14所示，各部位尺寸见表所示，各部位尺寸见表2-11。试棒。试棒上端附近有环形或螺形缺口。将插销试棒插入底板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，使带缺口一端与底板表面平齐，如图相应的孔中

45、，使带缺口一端与底板表面平齐，如图2-15所示。所示。图图2-142-14 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1-8 1-8 插销试棒、底板及熔敷焊道插销试棒、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）螺形缺口插销表表2-11 2-11 插销试棒的尺寸插销试棒的尺寸 对于环形缺口的插销试棒，缺口与端面的距离对于环形缺口的插销试棒，缺口与端面的距离a应应使焊道熔深与缺口根部所截平面相切或相交，但缺口使焊道熔深与缺口根部所截平面相切或相交，但缺口根部圆周被熔透的部分不得超过根部圆周被熔透的部分不得超过20

46、%，如图，如图2-16所示所示。图图2-162-16 熔透比的计算熔透比的计算 对于低合金钢，对于低合金钢，a值在焊接热输入值在焊接热输入E=15kJ/cm时为时为2mm。根据焊接热输入的变化，缺口与端面的距离。根据焊接热输入的变化，缺口与端面的距离a可可按表按表2-12作适当调整。作适当调整。E/KJcm-191013151620a/mm1.351.451.852.02.12.4表表2-12 2-12 缺口位置缺口位置a a与焊接热输入与焊接热输入E E的关系的关系图图2-172-17 底板的形状及尺寸底板的形状及尺寸 底板材料应与被焊钢材相同或热物理常数基本一底板材料应与被焊钢材相同或热物

47、理常数基本一致。底板厚度为致。底板厚度为20mm，钻孔数应，钻孔数应4，位于底板纵向，位于底板纵向中心线上，孔间距为中心线上，孔间距为33mm。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，在底板上熔敷一层堆焊焊道，焊道中心线通过试棒的中心，板上熔敷一层堆焊焊道，焊道中心线通过试棒的中心，其其熔深应使缺口尖端位于热影响区的粗晶区熔深应使缺口尖端位于热影响区的粗晶区。焊道长。焊道长度度L约约100-150mm。施焊时应测定施焊时应测定800-500的冷却时间的冷却时间t8/5值。值。加载：加载：不预热焊接时，焊后冷却至不预热焊接时，焊后冷却至1

48、00-150时加载；时加载；焊前预热时，应在高于预热温度焊前预热时，应在高于预热温度50-70时加载。时加载。载荷应在载荷应在1min之内且在冷却至之内且在冷却至100或高于预热或高于预热温度温度50-70之前施加完毕。之前施加完毕。如有后热，应在后热之前加载。如有后热，应在后热之前加载。承载时间：承载时间：当加载试棒时，插销可能在载荷持续时间内发生当加载试棒时，插销可能在载荷持续时间内发生断裂，记下承载时间。断裂，记下承载时间。在不预热条件下，载荷保持在不预热条件下，载荷保持16h而试棒未断裂即可而试棒未断裂即可卸载。卸载。预热条件下，载荷保持至少预热条件下，载荷保持至少24h才可卸载。才可

49、卸载。可用金相或氧化等方法检测缺口根部是否存在断裂可用金相或氧化等方法检测缺口根部是否存在断裂临界应力临界应力cr：经多次改变载荷，可求出在试验条件下不出现经多次改变载荷，可求出在试验条件下不出现断裂的临界应力断裂的临界应力cr。临界应力临界应力cr可以用启裂准则，也可以用断裂准可以用启裂准则，也可以用断裂准则，应注明。则，应注明。根据临界应力根据临界应力cr的大小可相对比较材料抵抗产的大小可相对比较材料抵抗产生冷裂纹的能力。生冷裂纹的能力。插销试验特点：插销试验特点：1）试件尺寸小，底板与插销材料可以不同，且底板可）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。重

50、复使用，因此试验消耗材料少。2）调整焊接热输入和底板厚度可得到不同的接头冷却）调整焊接热输入和底板厚度可得到不同的接头冷却速度。速度。3）插销可从被试验材料任意方向截取，还方便从全熔）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感性。敷金属中取样来测定焊缝金属对冷裂纹的敏感性。4）试验要求环形缺口必须位于焊缝的粗晶区，要求较）试验要求环形缺口必须位于焊缝的粗晶区，要求较严格。严格。5）环形缺口整个圆周温度不十分均匀，影响试验结果）环形缺口整个圆周温度不十分均匀，影响试验结果的准确性，造成数据分散，再现性不是很好。的准确性，造成数据分散，再现性不是很好。3）