第七章 金属焊接性基础.ppt

第二篇金属材料焊接,第二篇金属材料焊接,目录第7章金属焊接性基础第8章合金结构钢及铸铁的焊接第9章耐热钢、不锈钢的焊接第10章有色金属的焊接,2020/5/23,2,第七章金属焊接性基础,第9章金属焊接性基础,学习目标掌握金属焊接性的基本概念；了解金属焊接性试验评价方法。学习内容第1节金属焊接性概念第2节钢的焊接性判据第3节常用焊接裂纹试验方法,2020/5/23,3,第七章金属焊接性基础,第1节金属焊接性概念,一、金属焊接性的定义焊接性是指金属材料对焊接加工的适应性。主要指在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。包括两方面的内容：结合性能：“好不好焊”。工艺焊接性：在一定的工艺条件（包括焊接方法、焊接材料、焊接工艺参数和结构形式等）下焊接时，产生焊接缺陷的倾向性和严重性。使用性能：“好不好用”。使用焊接性：焊接接头或整体结构是否满足技术条件所规定的各种使用性能的要求。,2020/5/23,4,第七章金属焊接性基础,第1节金属焊接性概念,理论上只要在高温熔化状态下相互能够形成溶液或共晶的任何两种金属或合金都可以采用熔化焊方法进行焊接。对于熔焊来说，焊接过程一般包括冶金过程和热过程这两个必不可少的过程。在焊接接头区域，冶金过程主要影响焊缝金属的组织和性能，而热过程主要影响热影响区的组织和性能。因此，工艺焊接性又分为：冶金焊接性和热焊接性,2020/5/23,5,第七章金属焊接性基础,第1节金属焊接性概念,冶金焊接性熔焊高温下的熔池金属与气相、熔渣等之间发生化学冶金反应所引起的焊接性变化。冶金过程包括：（1）合金元素的氧化、还原、蒸发，从而影响焊缝的化学成分和组织性能；（2）氧、氢、氮等的溶解、析出对生成气孔或对焊缝性能的影响；（3）在焊缝结晶及冷却过程中，由于焊接熔池的化学成分、凝固结晶条件以及接头区热胀冷缩和拘束应力等影响，有时产生热裂纹或冷裂纹。,2020/5/23,6,第七章金属焊接性基础,第1节金属焊接性概念,热焊接性焊接过程中要向接头区域输入大量热量，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。与焊缝金属不同，焊接时热影响区的化学成分一般不会发生明显的变化，而且不能通过改变焊接材料来进行调整，即使有些元素可以由熔池向熔合区或热影响区粗晶区扩散，那也是很有限的。为了改善热焊接性，除了选择母材之外，还要正确选定焊接方法和热输入。,2020/5/23,7,第七章金属焊接性基础,二、金属工艺焊接性的影响因素1、材料因素材料本身的化学成分、组织状态和力学性能焊接加工后材料的组织性能变化焊接材料2、工艺因素包括焊接方法和焊接工艺规程，如焊接线能量、预热、后热、焊接顺序和焊后热处理等,第1节金属焊接性概念,2020/5/23,8,第七章金属焊接性基础,3、结构因素焊接接头的结构设计直接影响到它的刚度、拘束应力的大小和方向，而这些又影响到焊接接头的各种裂纹倾向。4、使用条件焊接接头所承受载荷的性质和工作温度的高低、工作介质的腐蚀性等,第1节金属焊接性概念,2020/5/23,9,第七章金属焊接性基础,各种金属材料焊接难易程度一览表,注：A通常采用，B有时采用，C很少采用，D不采用,2020/5/23,10,第七章金属焊接性基础,常用金属材料焊接中的问题,2020/5/23,11,三、金属焊接性评定方法1、工艺焊接性直接模拟实验：按照实际焊接条件，通过焊接过程观察是否发生某种焊接缺陷或发生缺陷的程度，来直观评价焊接性优劣。主要有：焊接冷裂纹试验、热裂纹试验、再热裂纹试验，层状撕裂试验、应力腐蚀试验、脆性断裂试验等。间接推算法：根据材料的化学成分、金相组织、力学性能之间关系，联系焊接热循环过程评定焊接性优劣。包括各类抗裂性判据、焊接SHCCT图、焊接热-应力模拟。,第1节金属焊接性概念,2020/5/23,12,第七章金属焊接性基础,2、使用焊接性将实际的焊接接头乃至产品在使用条件下进行各方面的性能试验，以评定其焊接性。主要方法有：常规力学性能试验、高温力学性能试验、低温脆性试验、耐腐蚀及耐磨性试验、疲劳试验等。还有直接用产品进行的试验：水压试验、爆破试验等。,第1节金属焊接性概念,2020/5/23,13,第七章金属焊接性基础,第2节钢的焊接性判据,一、碳当量法由于HAZ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评估钢材冷裂纹的敏感性。碳当量法是一种粗略估计低合金钢焊接冷裂敏感性的方法。焊接部位的淬硬倾向与化学成分有关，钢材碳当量越大，淬硬冷裂倾向越大，焊接性越差。国际焊接学会(IIW)推荐的公式,2020/5/23,14,第七章金属焊接性基础,日本工业标准(JES)和日本溶接学会(WES)推荐的公式钢材强度和碳当量确定预热温度,第2节钢的焊接性判据,2020/5/23,15,第七章金属焊接性基础,美国焊接学会(AWS)推荐的公式,第2节钢的焊接性判据,2020/5/23,16,第七章金属焊接性基础,碳当量（Ceq）与板厚的关系,不同焊接性等级钢材的最佳焊接工艺措施,第2节钢的焊接性判据,二、冷裂纹敏感指数(Pc)冷裂纹敏感指数(Pc)公式综合考虑了产生冷裂纹三要素(淬硬倾向、拘束度和扩散氢含量)的影响，使计算结果更准确。求得Pc后，利用下式即可求出斜Y坡口对接裂纹试验条件下，防止冷裂所需要的最低预热温度t0()。,2020/5/23,17,第七章金属焊接性基础,+Cr,5,三、热裂纹敏感性指数考虑化学成分对焊接热裂纹敏感性的影响，在试验研究的基础上提出可预测或评估低合金结构钢热裂纹敏感性指数的方法。热裂纹敏感系数（简称HCS）计算公式为：当HCS4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。,第2节钢的焊接性判据,2020/5/23,18,第七章金属焊接性基础,第3节常用焊接裂纹试验方法,一、冷裂纹试验斜Y形坡口焊接裂纹试验(GB/T4675.1-1984)“小铁研”试验，主要用来检验母材热影响区的冷裂纹倾向。,2020/5/23,19,第七章金属焊接性基础,断面裂纹率是解剖5个断面后分别求出每一断面的裂纹率然后求出平均值。试验中若裂纹率不超过20，那么在实际结构焊接时，就不会产生裂纹。,2020/5/23,20,第七章金属焊接性基础,第3节常用焊接裂纹试验方法,直Y坡口焊接裂纹试验/铁研试验,直Y坡口对接裂纹试验试样,2020/5/23,21,第七章金属焊接性基础,第3节常用焊接裂纹试验方法,插销试验主要用来考核材料的氢致延迟裂纹敏感性也可用来考核再热裂纹和层状撕裂等的敏感性,1试板；2支点；3加压；4油缸；5插销试样；6加载夹头7加载棒；8应变片；9载荷；10支柱；11导线,缺口部位冷却至150时加载试验规定：E17kJ/cm；焊缝含氢量、冷却速度及插销的化学成分可变。,2020/5/23,22,第七章金属焊接性基础,评判指标：断裂时的临界应力或启裂时的临界应力,第3节常用焊接裂纹试验方法,二、横向可变拘束热裂纹试验在焊缝凝固后期，施加不同的应变值，研究产生裂纹的规律。主要用于研究各种热裂纹(结晶裂纹、多边化裂纹和液化裂纹等)。通过变换不同曲率半径的模块，就可以造成焊缝金属发生不同的应变量，当值达到某一临界值时，在B点处就会出现裂纹。评价指标：临界应变量cr；一定应变下，最大裂纹长度Lmax、裂纹