第六章金属材料焊接性及评定.pptx

《第六章金属材料焊接性及评定.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第六章金属材料焊接性及评定.pptx（75页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、Presented by Feng焊接工艺制定与评定 2 3 焊接工艺制定与评定1.焊接性及其试验评定Contents Page目录页 *1.1 焊接性及影响因素 1.1.1 焊接性概念 1.1.2 影响焊接性的因素1.2 焊接性评定的内容及评定原则 1.2.1 焊接性评定的内容 1.2.2 评定焊接性的原则 1.2.3 焊接性评定方法分类1.3 焊接性的评定及试验方法 1.3.1 焊接性的间接评定 1.3.2 焊接性的直接试验方法 5 1.3 焊接性的评定及试验方法1.1 焊接性及影响因素1.2 焊接性评定的内容及评定原则1.1.1焊接性概念定义：金属材料在限定的施工条件下，焊接成规定设计要

2、求的构件，并满足预定服役要求的能力。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、焊接参数和结构形式等），获得优质焊接接头的难易程度和该焊接接头能否在使用条件下可靠运行。焊接性（Weldability）通俗地讲“易不易焊，好不好用”6 1.3 焊接性的评定及试验方法1.1 焊接性及影响因素1.2 焊接性评定的内容及评定原则结合性能A材料在焊接加工中是否容易形成接头或产生缺陷 使用性能B焊接完成的接头在一定的使用条件下可靠运行的能力两方面含义研究焊接性的目的：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或材料的改进方向。1.1.

3、1焊接性概念 7 1.3 焊接性的评定及试验方法1.1 焊接性及影响因素1.2 焊接性评定的内容及评定原则工艺焊接性A使用焊接性B两方面属性因此，金属材料焊接性是指金属材料对焊接加工的适应性，包括工艺焊接性和使用焊接性。1.1.1焊接性概念 8 1.3 焊接性的评定及试验方法1.1 焊接性及影响因素1.2 焊接性评定的内容及评定原则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程中的焊接缺陷问题，如裂纹、气孔、断裂等。冶金焊接性和热焊接性：对于熔焊，可把工艺焊接性分为“热焊接性”和“冶金焊接性”：在焊接接头区域冶金过程：影响焊缝金属的组织和性能热过程：

4、影响热影响区的组织和性能。工艺焊接性：它不是金属材料本身所固有的性能，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，并且但取决于金属的成分和性能，并且随着焊接方法、焊接材料和工艺措随着焊接方法、焊接材料和工艺措施的发展而变化。施的发展而变化。1.1.1焊接性概念 9 1.3 焊接性的评定及试验方法1.1 焊接性及影响因素1.2 焊接性评定的内容及评定原则热焊接性：指焊接热循环对焊接热影响区组织性能及产生缺陷的影响程度。用以评定被焊金属对热的敏感性，主要与被焊材质及焊接工艺有关。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，这对靠近焊缝的热影响区的组

5、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。冶金焊接性：是指在一定冶金过程的条件下，物理化学变化对焊缝性能和产生缺陷的影响程度，用以评定被焊材料对冶金缺陷的敏感性。（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）改善方法：研制新材料，发展新焊接材料、新焊接工艺改善方法：选择适当母材，正确选定焊接方法和热输入冶金焊接性 热焊接性 工艺焊接性1.1.1焊接性概念 10 11 1.3 焊接性的评定及试验方法1.1 焊接性及影响因素1.2 焊接性评定的内容及评定原则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或整个结构满足产品技术条件规定的

6、使用性能的程度，涉及焊接接头的使用可靠性问题。使用性能取决于焊接结构的工作条件和设计上提出的技术要求。通常包括常规力学性能、低温韧性、抗脆断性能、高温蠕变、疲劳性能、持久强度、耐蚀性能和耐磨性能等。使用焊接性：1.1.1焊接性概念 12 1.3 焊接性的评定及试验方法1.1 焊接性及影响因素1.2 焊接性评定的内容及评定原则金属材料的焊接性不仅与材料本身的固有性能有关，同时也与许多焊接工艺条件有关。在不同的焊接工艺条件下，同一材料具有不同的焊接性。随着新的焊接方法、焊接材料或焊接工艺的开发和完善，一些原来焊接性差的金属材料，也会变成焊接性好的材料。总结总结1.1.1焊接性概念 13 1.3 焊

7、接性的评定及试验方法1.1 焊接性及影响因素1.2 焊接性评定的内容及评定原则1.1.2 影响焊接性的因素1母材、焊接材料材料因素材料因素焊接结构和焊接接头的设计设计因素设计因素2焊接方法、工艺措施工艺因素工艺因素4焊接结构和焊接接头的设计使用条件（服役环境）使用条件（服役环境）3 14 1.3 焊接性的评定及试验方法1.1 焊接性及影响因素1.2 焊接性评定的内容及评定原则 在相同的焊接条件下，决定母材焊接性的主要因素是它本身的物理化学性能。1）材料因素1.1.2 影响焊接性的因素 15 1.3 焊接性的评定及试验方法1.1 焊接性及影响因素1.2 焊接性评定的内容及评定原则以上这些物理性能

8、方面，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。1）材料因素1.1.2 影响焊接性的因素物理性能方面影响热导率线膨胀系数密度熔点比热容 16 1.3 焊接性的评定及试验方法1.1 焊接性及影响因素1.2 焊接性评定的内容及评定原则1）材料因素1.1.2 影响焊接性的因素2活泼金属的焊接金属与氧亲和力的强弱金属与氧亲和力的强弱1对于钢材的焊接，影响其焊接性的主要因素化学成分化学成分3冶炼轧制状态冶炼轧制状态4热处理状态热处理状态5组织状态组织状态的的化学性能方面影响 17 1.3 焊接性的评定及试验方法1.1 焊接性及影响因素1.2 焊接性评定的内容及评定原则1）材料因素1.1

9、.2 影响焊接性的因素 影响最大的元素有C、S、P、H、O和N等，它们容易 引起焊接工艺缺陷和降低接头的使用性能。常存元素常存元素 锰、硅、铬、镍、铂、钛、钒、铌、铜、硼等都在不 同程度上增加焊接接头的淬硬倾向和裂纹敏感性。合金元素合金元素主主要要因因素素：化化学成分学成分钢材的焊接性总是随着含碳量和合钢材的焊接性总是随着含碳量和合金元素含量的增加而恶化。金元素含量的增加而恶化。18 1.3 焊接性的评定及试验方法1.1 焊接性及影响因素1.2 焊接性评定的内容及评定原则2）工艺因素焊接方法1.1.2 影响焊接性的因素焊接方法影响主要表现在：热源特性和保护条件。不同的焊接方法其热源在功率、能量

10、密度、最高加热温度等方面有很大差别。金属在不同热源下焊接，将显示出不同的焊接性能。如电渣焊功率很大，但能量密度很低，使得热影响区晶粒粗大，冲击韧度显著降低，必须经正火处理才得改善。电子束焊、激光焊等方法，功率不大，但能量密度很高，加热迅速，高温停留时间短，热影响区很窄，没有晶粒长大的危险。19 1.3 焊接性的评定及试验方法1.1 焊接性及影响因素1.2 焊接性评定的内容及评定原则2）工艺因素焊接工艺参数1.1.2 影响焊接性的因素采取预热多层焊和控制层间温度等措施，可调节和控制焊接热循环，改变金属的焊接性。例：焊接某些有淬硬倾向的高强钢：当工艺选择不当时，焊接接头可能产生冷裂纹或降低接头的塑

11、性和韧性。如果选择合适的填充材料、合理的焊接热循环，并采取焊前预热或焊后热处理等措施，完全 可能获得没有裂纹缺陷，满足使用性能要求的焊接接头。20 1.3 焊接性的评定及试验方法1.1 焊接性及影响因素1.2 焊接性评定的内容及评定原则3）设计因素1.1.2 影响焊接性的因素结构形状结构形状尺寸、厚度尺寸、厚度焊缝布置及其截面形状焊缝布置及其截面形状 不同板厚、不同接头形式或坡口形状其传热方向和传热速度不一样，对熔池结晶方向和晶粒成长发生影响。结构的形状、板厚和焊缝的布置等，决定接头的刚度和拘束度，对接头的应力状态产生影响。不良的结晶形态，严重的应力集中和过大的焊接应力等是形成焊接裂纹的基本条

12、件。设计中减少接头的刚度、减少交叉焊缝，避免焊缝过于密集以及减少造成应力集中的各种因素，都是改善焊接性的重要措施。接头坡口形式接头坡口形式焊接结构和焊接接头的设计形式 21 1.3 焊接性的评定及试验方法1.1 焊接性及影响因素1.2 焊接性评定的内容及评定原则4）服役环境1.1.2 影响焊接性的因素工作温度工作温度工作介质工作介质例如：在高温工作的结构要具有抗蠕变性能；在低温工作的焊接结构，必须具备抗脆性断裂性能；在交变载荷下工作的结构具有良好的抗疲劳性能；在酸、碱或盐类介质工作的焊接容器应具有高耐蚀性能。负载条件负载条件焊接结构服役期间环境 22 1.3 焊接性的评定及试验方法1.1 焊接

13、性及影响因素1.2 焊接性评定的内容及评定原则焊接性不是金属固有的属性!23 表1-1 常用金属材料焊接难易程度一览表 24 表1-2常用金属材料焊接中的问题 *Transition Page过渡页1.1 焊接性及影响因素 1.1.1 焊接性概念 1.1.2 影响焊接性的因素1.2 焊接性评定的内容及评定原则 1.2.1 焊接性评定的内容 1.2.2 评定焊接性的原则 1.2.3 焊接性评定方法分类1.3 焊接性的评定及试验方法 1.3.1 焊接性的间接评定 1.3.2 焊接性的直接试验方法 26 1.3 焊接性的评定及试验方法1.1 焊接性及影响因素1.2 焊接性评定的内容及评定原则1.2.

14、1 焊接性评定的内容1）焊缝金属抵抗产生热裂纹的能力热裂纹 焊缝熔池金属在结晶时，由于存在S、P等有害元素（如形成低熔点的共晶物）并受到较大热应力作用，可能在结晶末期产生热裂纹。热裂纹敏感指数、热裂纹试验 27 1.3 焊接性的评定及试验方法1.1 焊接性及影响因素1.2 焊接性评定的内容及评定原则1.2.1 焊接性评定的内容2）焊缝及热影响区抵抗产生冷裂纹的能力冷裂纹 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 28 1.3 焊接性的评定及试验方法1.1 焊接性及影响因素1.2 焊接性评定的

15、内容及评定原则1.2.1 焊接性评定的内容3）焊接接头抗脆性断裂的能力脆性断裂 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（韧性急剧下降），尤其对在低温使用下的焊接结构影响更大。29 1.3 焊接性的评定及试验方法1.1 焊接性及影响因素1.2 焊接性评定的内容及评定原则1.2.1 焊接性评定的内容4）焊接接头的使用性能合金结构钢焊接性分析时应考虑的问题 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或持久强度、抗层状撕裂。30 1.3 焊接性的评定及试验方法1.1 焊接性及影响因素1.2 焊接性评定的内容及评定原则1.2.2 评定焊接性的原则

16、焊接接头的力学性能试验、低温韧性冲击试验等评定焊接接头能否满足结构使用性能的要求评定焊接接头能否满足结构使用性能的要求1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）评定焊接接头产生工艺缺陷的倾向，为制定合理评定焊接接头产生工艺缺陷的倾向，为制定合理的焊接工艺提供依据的焊接工艺提供依据2 31 1.3 焊接性的评定及试验方法1.1 焊接性及影响因素1.2 焊接性评定的内容及评定原则1.2.2 评定焊接性的原则焊接性试验条件应尽可能接近实际焊接时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焊接性试验结果要稳定可靠，具有较好再现性消耗材料少、

17、加工容易、试验周期短可比性针对性再现性经济性选择已有或设计新焊接性试验方法应符合下述原则 32 1.2 焊接性评定的内容及评定原则1.1 焊接性及影响因素1.3 焊接性的评定及试验方法1.2.3 焊接性评定方法分类方法：热模拟法、焊接热-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组织转变图（SHCCT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。模拟不同焊接方法和焊接工艺参数下的主要热循环参数。1.模拟类方法 热模拟试验机：焊接接头组织示意图 33 1.2 焊接性评定的内容及评定原则1.1 焊接性及影响因素1.3 焊接性的评定及试验方法图2-3 15MnMoVN钢热影

18、响区CCT图 34 1.1 焊接性及影响因素1.2 焊接性评定的内容及评定原则1.3 焊接性的评定及试验方法1.2.3 焊接性评定方法分类1.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）的组织与性能3.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4.模拟应力应变对组织转变及裂纹形成影响的规律用热模拟试验机可开展下列研究工作 35 1.1 焊接性及影响因素1.2 焊接性评定的内容及评定原则1.3 焊接性的评定及试验方法1.2.3 焊接性评定方法分类例：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2-1 焊后热处理及消

19、除应力裂纹试验程序 a)温度循环b)应变循环c)应力循环 36 1.2 焊接性评定的内容及评定原则1.1 焊接性及影响因素1.3 焊接性的评定及试验方法1.2.3 焊接性评定方法分类裂纹敏感性试验、焊接接头的力学性能试验、低温脆性试验、断裂韧性试验、高温蠕变及持久强度试验等。2.实焊类方法小焊接构件：用产品做试验大型焊接构件：焊接试样 37 1.2 焊接性评定的内容及评定原则1.1 焊接性及影响因素1.3 焊接性的评定及试验方法1.2.3 焊接性评定方法分类U型弯曲试验、缺口试验等斜Y型坡口对接试验，插销试验、拉伸拘束裂纹试验（TRC）、刚性拘束裂纹试验等可调拘束裂纹试验，压板对接（FISCO

20、）焊接裂纹试验等斜Y型坡口消除应力裂纹试验，H型拘束试验、插销式消除应力裂纹试验法等Z向拉伸试验、Z向窗口试验等焊接性实验2.焊接热裂纹试验4.层状撕裂试验1.1.焊接焊接冷裂纹冷裂纹试验试验5.应力腐蚀裂纹试验3.消除应力裂纹试验 38 1.2 焊接性评定的内容及评定原则1.1 焊接性及影响因素1.3 焊接性的评定及试验方法1.2.3 焊接性评定方法分类3.理论分析和计算类方法与氧亲和力强的材料（如铝、镁、钛等）在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，有时焊缝背面也需要保护。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

21、、相变等产生影响，从而影响焊接性。1.利用物理性能分析2.利用化学性能分析SHCCT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。3.利用合金状态图或SHCCT图分析碳当量法、焊接裂纹敏感指数法、热影响区最高硬度法等4.利用经验公式 39 *Transition Page过渡页1.1 焊接性及影响因素 1.1.1 焊接性概念 1.1.2 影响焊接性的因素1.2 焊接性评定的内容及评定原则 1.2.1 焊接性评定的内容 1.2.2 评定焊接性的原则 1.2.3 焊接性评定方法分类1.3 焊接性的评定及试验方法 1.3.1 焊接性的间接评定 1.3.2 焊接性的直

22、接试验方法 40 1.1 焊接性及影响因素1.2 焊接性评定的内容及评定原则1.3 焊接性的评定及试验方法1、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（CCT图）、焊接热影响区的最高硬度、碳当量公式、裂纹敏感指数经验公式等2、直接试验法：各种抗裂性试验、对实际焊接结构焊缝和接头的各种性能试验评 定方 法需进行一系列试验才可能较全面阐明焊接性 41 1.1 焊接性及影响因素1.2 焊接性评定的内容及评定原则1.3 焊接性的评定及试验方法1.3.1 焊接性的间接判定1.碳当量法 焊接热影响区的淬硬及冷裂纹倾向与钢种的化学成分有密切关系，因此可以用化学成分间接地评估钢材冷裂纹的敏感性

23、。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裂倾向的参数指标碳含量CE或Ceq碳对冷裂敏感性的影响最显著 42 1.1 焊接性及影响因素1.3 焊接性的评定及试验方法1.3.1 焊接性的间接判定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)=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5 +

24、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%1%、wP=0.05%0.15%表1-4 常用合金结

25、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）。碳当量法只用于对钢材焊接性做初步分析1.2 焊接性评定的内容及评定原则 43 1.1 焊接性及影响因素1.3 焊接性的评定及试验方法1.3.1 焊接性的间接判定 1）当CE0.4%时，淬硬倾向不大，焊接性良好，焊前不需要预热；2）CE0.4%-0.6%时，尤其是CE0.5%时，钢材 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1.使用IIW推荐的碳当量公式：板厚20mm的钢材：1.2 焊接性评定的内容及评定原则 44 1.1 焊接性及影响因素1.3 焊接性的评定及试验方法1.3.1 焊接性的间

26、接判定2.使用日本工业标准（JIS）的碳当量公式时：当25mm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纹的碳当量界限和相应的预热措施钢材强度级别钢材强度级别（b b/MPa）Ceq(JIS)（%）临）临界值界值预热温度（预热温度（）5000.46不预热不预热6000.52757000.521008000.62150表1-5 钢材强度和碳当量确定预热温度1.2 焊接性评定的内容及评定原则 45 1.1 焊接性及影响因素1.3 焊接性的评定及试验方法1.3.1 焊接性的间接判定3.使用美国焊接学会（AWS）推荐碳当量公式时：碳当量结合焊件厚度：图图1

27、1-4-4中查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1-4 碳当量（Ceq）与板厚的关系-优良 -较好 -尚好 -尚可1.2 焊接性评定的内容及评定原则 46 1.1 焊接性及影响因素1.3 焊接性的评定及试验方法1.3.1 焊接性的间接判定表1-6 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

28、希望（尚可）（尚可）预热预热150200预热预热100希望希望希望希望表1-6中确定不同焊接性等级钢材的最佳焊接工艺措施1.2 焊接性评定的内容及评定原则 47 1.1 焊接性及影响因素1.3 焊接性的评定及试验方法1.3.1 焊接性的间接判定2.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外，还与焊缝金属组织、扩散氢含量、接头拘束度等密切相关与化学成分、扩散氢和拘束度（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焊前预热温度冷裂纹敏感性指数1.2 焊接性评定的内容及评定原则 48 1.1 焊接性及影响因素1.3 焊接性的评定及试验方法1.3.1 焊接性的间接判定

29、斜Y形坡口焊接裂纹试验的冷裂纹敏感指数公式Pc=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B+/600+H/60 （%）根据Pc值可以通过经验公式求出斜Y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热温度T0（）T0=1440 Pc 3921.2 焊接性评定的内容及评定原则 49 1.1 焊接性及影响因素1.3 焊接性的评定及试验方法1.3.1 焊接性的间接判定Pc焊接冷裂纹敏感指数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%;WMo0.7

30、0%;WV0.12%;WNb0.04%;WTi0.50%;WB0.005%扩散氢含量H1.05.0mL/100g板厚1950mm;（日本JIS甘油法与我国GB/T3965-1995测氢法等效（mL/100g）被焊金属板厚（mm）H熔敷金属中的扩散氢含量 Pc=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B+/600+H/60 （%）1.2 焊接性评定的内容及评定原则 50 1.1 焊接性及影响因素1.3 焊接性的评定及试验方法1.3.1 焊接性的间接判定3.焊接热裂纹敏感性指数1）热裂纹敏感系数（HCS）冷裂纹敏感性指数 当HCS4时，一般不会产生热裂纹 H

31、CS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，包括低温钢和珠光体耐热钢1.2 焊接性评定的内容及评定原则 51 1.1 焊接性及影响因素1.3 焊接性的评定及试验方法1.3.1 焊接性的间接判定3.焊接热裂纹敏感性指数2）临界应变增长率（CST）当CST6.510-4时，可以防止产生热裂纹 但这仅是按化学成分来考虑的CST=(19.2C 97.2S 0.8Cu 1.0Ni +3.9Mn+65.7Nb618.5B+7.0)10-41.2 焊接性评定的内容及评定原则 52 1.1 焊接性及影响因素1.3 焊接性的评定及试验方法1.3.1 焊接性的间接判定4.消除应力裂纹敏感性指

32、数法冷裂纹敏感性指数 厚板焊接结构，并采用含有某些沉淀强化合金元素的钢材，在进行消除应力热处理或在一定温度下服役的过程中，焊接热影响区部位发生的裂纹称为消除应力裂纹消除应力裂纹 由于这种裂纹是在再次加热过程中产生的，故称为“再热裂纹”，又称为“消除应力处理裂纹”，简称SR裂纹。再热裂纹多发生在低合金高强钢、珠光体耐热钢、奥氏体不锈钢和某些镍基合金的焊接热影响区粗晶部位。1.2 焊接性评定的内容及评定原则 53 1.1 焊接性及影响因素1.3 焊接性的评定及试验方法1.3.1 焊接性的间接判定预测低合金结构钢焊接性时，根据合金元素对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

33、G=Cr+3.3Mo+8.1V2(%)G0时，不产生消除应力裂纹时，不产生消除应力裂纹 G 0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：G=G+10C=Cr+3.3Mo+8.1V-2+10C(%)G2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；G1.5时，对消除应力裂纹不敏感1）G法，其计算公式为：1.2 焊接性评定的内容及评定原则 54 1.1 焊接性及影响因素1.3 焊接性的评定及试验方法1.3.1 焊接性的间接判定此公式适用范围为：WCr1.5%；WMo2.0%；WCu1.0%；0.10%WC0.25%；WV+WNb+WTi0.15%当PSR

34、0时，对产生消除应力裂纹较敏感 2）PSR法 用于考虑合金结构钢焊接时Cu、Nb、Ti等元素对消除应力裂纹的影响，计算公式为：PSR=Cr+Cu+2Mo+5Ti+7Nb+10V2(%)1.2 焊接性评定的内容及评定原则 55 当焊接大型厚壁结构时，如果在钢板厚度方向受到较大的拉伸应力，就可能在钢板内部出现沿钢板轧制方向发展的具有阶梯状的裂纹，这种裂纹称为层状撕裂。1.1 焊接性及影响因素1.3 焊接性的评定及试验方法1.3.1 焊接性的间接判定5.层状撕裂敏感性指数法层状撕裂低合金钢层状撕裂的温度不超过400，是在较低温度下的开裂 轧制钢材内部存在不同程度的分层夹杂物（硫化物和氧化物），在焊接

35、时产生垂直于钢板表面的拉应力，致使热影响区附近或稍远的部位，产生呈“台阶”形的层状开裂，并可穿晶扩展。主要影响因素1.2 焊接性评定的内容及评定原则 56 层状撕裂属于低温开裂，主要与钢中夹杂物的数量、种类和分布等有关。1.1 焊接性及影响因素1.3 焊接性的评定及试验方法1.3.1 焊接性的间接判定层状撕裂在对抗拉强度500-800MPa低合金结构钢的插销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的公式：Pcm冷裂纹敏感指数 H熔敷金属中的扩散氢含量（用日本JIS法测定），（mL/100g）1.2 焊接性评定的内容及评定原则 57 1.1 焊接性及影响因素1.3 焊接性的

36、评定及试验方法1.3.1 焊接性的间接判定适用：低合金结构钢焊接热影响区附近产生的层状撕裂 根据层状撕裂敏感性指数PL可以在图1-5上查出插销试验Z向不产生层状撕裂的临界应力值(Z)cr。图1-5 层状撕裂敏感性指数PL与(Z)cr的关系1.2 焊接性评定的内容及评定原则 58 1.1 焊接性及影响因素1.3 焊接性的评定及试验方法1.3.1 焊接性的间接判定6.焊接热影响区最高硬度法焊接热影响区的最高硬度可以相对地评价被焊钢材的淬硬倾向和冷裂纹敏感性IIW推荐采用图1-6 热影响区最高硬度法试件的形状 20mm，L=200mm，B=150mm 若20mm，用机械加工成20mm厚度，并保留一个

37、轧制面；若板厚小于20mm，不需机械加工1）试件制备1.2 焊接性评定的内容及评定原则 59 1.1 焊接性及影响因素1.3 焊接性的评定及试验方法1.3.1 焊接性的间接判定 2）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4mm，焊接电流(17010)A，焊接速度为（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1.2 焊接性评定的内容及评定原则 60 1.1 焊接性及影响因素1.3 焊接性的评定及试验方法1.3.1 焊接性的间接判定 3）硬度测试 焊后自然冷却1

38、2h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，腐蚀出熔合线，做出硬度测定线。图1-7 测定硬度的位置1.2 焊接性评定的内容及评定原则 61 1.1 焊接性及影响因素1.3 焊接性的评定及试验方法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Q3450.2485-0.4150-390-Q3900.2413-0.3993-400-Q4200.3091-0.4943-410380(正火正火)14MnMoV0.2850-0.5117-420390(正火

39、正火)18MnMoNb0.3356-0.5782-420(正火正火)14MnMoNbB-0.2658-0.4593-450表1-8 常用低合金钢的碳当量及允许的最大硬度1.3.2 焊接性的直接试验方法1.2 焊接性评定的内容及评定原则 62 1.1 焊接性及影响因素1.3 焊接性的评定及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裂纹而设计表1-9 各种金属材料可能产生的焊接裂纹类型注：常发生 有时发生1.3.2 焊接性的直接试验方法1.2 焊接性评定的内容及评定原则 63 1.1 焊接性及影响因素1.3 焊接性的评定及试验方法1.3.2 焊接性的直接试验方法1）斜Y形坡口对接裂纹试验“

40、小铁研”试验（Y-slit Type Cracking Test）评定碳钢及低合金结构钢热影响区的冷裂纹敏感性试件的尺寸和形状如试件的尺寸和形状如1-8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1-8 斜Y形坡口对接试件的形状及尺寸 试件制备 1.2 焊接性评定的内容及评定原则 64 1.1 焊接性及影响因素1.3 焊接性的评定及试验方法1.3.2 焊接性的直接试验方法 试验焊缝选用焊条应与母材相匹配，并严格烘干 焊接参数：

41、焊条直径4mm，焊接电流（17010）A，焊接电压（242）V，焊接速度（15010）mm/min 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24h后截取试样和进行裂纹检测 试验条件 图1-9 施焊时的试验焊缝a)焊条电弧焊试验焊缝 b)焊丝自动送进的试验焊缝1.2 焊接性评定的内容及评定原则 65 1.1 焊接性及影响因素1.3 焊接性的评定及试验方法1.3.2 焊接性的直接试验方法 用肉眼或手持5-10倍放大镜来检测焊缝和热影响区的表面和断 面是否有裂纹计算试样的表面裂纹率、根部裂纹率和断面裂纹率：检测与裂 纹率计算：（图b根部、表面标错了）a 表面裂

42、纹 b 根部裂纹c 断面裂纹图1-10 试样裂纹长度计算1.2 焊接性评定的内容及评定原则 66 b）根部裂纹率Crc）断面裂纹率Csa)表面裂纹率Cf 1.1 焊接性及影响因素1.3 焊接性的评定及试验方法1.3.2 焊接性的直接试验方法lf 表面裂纹长度之和（mm）L试验焊缝长度（mm）试样先经着色检验，然后将其拉断lr 根部裂纹长度之和（mm）用机械加工方法在试验焊缝上等分截取出4-6块试样，检查5个横断面上的裂纹深度HsHs5个断面裂纹深度的总和（mm）H5个断面焊缝最小厚度的总和（mm）低合金钢“小铁研”试验裂纹率C20%时，用于一般焊接结构生产是安全的1.2 焊接性评定的内容及评定

43、原则 67 1.1 焊接性及影响因素1.3 焊接性的评定及试验方法1.3.2 焊接性的直接试验方法2）插销试验方法（Implant Test）测定碳钢、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 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（即钢的淬硬倾向、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“临界应力”作为冷裂纹敏感性的评定指标1.2 焊接性评定的内容及评定原则 68 1.1 焊接性及影响因素1.3 焊接性的评定及试验方法1.3.2 焊接性的直接试验方法 试样制备 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

44、在厚度方向的位置。插销试棒的形状如图1-11所示，各部位尺寸见表1-11。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，使带缺口一端与底板表面平齐，如图1-12所示。a)环形缺口插销 b)螺形缺口插销图1-11 插销试棒的形状1.2 焊接性评定的内容及评定原则 69 1.1 焊接性及影响因素1.3 焊接性的评定及试验方法1.3.2 焊接性的直接试验方法a）环形缺口插销 b）螺形缺口插销图1-12 插销试棒、底板及熔敷焊道表1-11 插销试棒的尺寸1.2 焊接性评定的内容及评定原则 70 1.1 焊接性及影响因素1.3 焊接性的评定及试验方法1.3.2 焊接性的直接试验方法 对于环

45、形缺口的插销试棒，缺口与端面的距离a应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20%，如图1-13所示。图1-13 熔透比的计算1.2 焊接性评定的内容及评定原则 71 1.1 焊接性及影响因素1.3 焊接性的评定及试验方法1.3.2 焊接性的直接试验方法 对于低合金钢，a值在焊接热输入E=15kJ/cm时为2mm。根据焊接热输入的变化，缺口与端面的距离a可按表1-12作适当调整。E/KJcm-191013151620a/mm1.351.451.852.02.12.4表1-12 缺口位置a与焊接热输入E的关系1.2 焊接性评定的内容及评定原则 72 1.1

46、焊接性及影响因素1.3 焊接性的评定及试验方法1.3.2 焊接性的直接试验方法 底板材料应与被焊钢材相同或热物理常数基本一致。底板厚度为20mm，钻孔数应4，位于底板纵向中心线上，孔间距为33mm。图1-17 底板的形状及尺寸 1.2 焊接性评定的内容及评定原则 73 1.1 焊接性及影响因素1.3 焊接性的评定及试验方法1.3.2 焊接性的直接试验方法 试验过程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，其熔深应使缺口尖端位于热影响区的粗晶区。焊道长度L约100-150mm。施焊时应测定800-500的冷却时间t8/5值。加载：不预热焊接时，焊后

47、冷却至100-150时加载；焊前预热时，应在高于预热温度50-70时加载。载荷应在1min之内且在冷却至100或高于预热温度50-70之前施加完毕。如有后热，应在后热之前加载。1.2 焊接性评定的内容及评定原则 74 1.1 焊接性及影响因素1.3 焊接性的评定及试验方法1.3.2 焊接性的直接试验方法临界应力cr：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cr。临界应力cr可以用启裂准则，也可以用断裂准则，应注明。根据临界应力cr的大小可相对比较材料抵抗产生冷裂纹的能力。承载时间：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。在不预热条件下，载荷保持16h而试棒未断裂即可卸载。预热条件下，载荷保持至少24h才可卸载。1.2 焊接性评定的内容及评定原则 75 1.1 焊接性及影响因素1.3 焊接性的评定及试验方法1.3.2 焊接性的直接试验方法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。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。调整焊接热输入和底板厚度可得到不同的接头冷却速度。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。试验要求环形缺口必须位于焊缝的粗晶区，要求较严格。插销试验特点241 1531.2 焊接性评定的内容及评定原则