焊接性及实验方法

个人简历：陈志刚1994年毕业于重庆大学焊接工艺及设备专业。1994.72001.8四川省自贡市东方锅炉实业公司工艺科焊接工艺员兼锅炉工艺员2001.82007.5四川省自贡市东方锅炉集团股份有限公司工艺处焊接工艺员2007.5至今重庆科技学院机械工程学院材控教研室专业教师1999.12年取得工程师资格2005.3年取得焊接高级工程师资格。联系方式：TEQ243090282e-mailchenzg19901,考核方式,A：闭卷笔试，占70%。B：两次作业，占20%。C：两次试验，占10%。D：平时表现不占比重，但若三次点名不到，取消资格。,1-1焊接性及其试验评定,1、金属焊接性概念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，并满足预定服役要求的能力。GB/T3375-94焊接术语焊接性-指同质或异质材料在制造工艺条件下，能够焊接形成完整接头并满足预期使用要求的能力。P11,它包括两方面的内容：A、结合性能：即在一定的焊接工艺条件下，被焊金属形成焊接缺陷（裂纹、夹渣、气孔等）的敏感性；B、使用性能：即在一定的焊接工艺条件下，被焊金属的焊接接头对使用性能要求的适应性。,好焊与不好焊的问题,根据讨论问题的着眼点不同，焊接性可分为：（1）结合性能（工艺焊接性）：在一定的工艺条件下，产生焊接缺陷的倾向性和严重性，即敏感性；冶金焊接性：冶金反应对焊缝性能和产生缺陷的影响程度热焊接性：焊接热过程对焊接热影响区组织性能及产生缺陷的影响程度（2）使用性能（使用焊接性）：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。使用焊接性与产品的工作条件有密切关系。,2、焊接性评价标准,焊缝及HAZ产生裂纹的敏感性如何,焊缝及HAZ产生气孔的敏感性如何,焊接热循环对HAZ组织结构的影响,焊接接头满足规定性能的可能性,使用焊接性,工艺焊接性,3、影响焊接性的因素材料因素：焊接时，直接参与物理化学反应和发生组织变化的所有材料工艺因素：施工时采用的焊接方法、焊接热输入、焊接材料、预热、后热及焊后热处理、焊接顺序等设计因素：指焊接结构和焊接接头的设计形式，影响主要表现在热的传递和力的状态方面使用因素：取决于产品工作条件，如工作温度、载荷性质，环境条件等,焊接顺序：2-1-3,常用金属材料的焊接性能,（续表）,1、目的评定金属材料的焊接性研制开发新型的焊接材料拟定产品的焊接工艺2、内容焊缝和HAZ抗热裂的能力焊缝和HAZ抗冷裂的能力焊接接头抗脆性转变的能力接头的使用性能,1-2金属焊接性试验,表23合金结构钢焊接性分析时应考虑的问题,3、选择原则包括：一是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；二是评定焊接接头能否满足结构使用性有的要求。针对性：针对具体结构、使用条件制定实验方案可比性：实验条件尽量接近实际焊接条件可靠性：试验结果可靠，具有再现性经济性：降低试验成本,3、分类,4、分类,模拟类方法实焊类方法理论计算类方法,理论分析和计算方法：（1）利用物理性能分析利用材料的熔点、热导率、线膨胀系数、密度和热容量等（2）利用材料的化学性能分析元素与氧的亲和力；碳当量（3）利用相图或SHCCT图分析P2021（4）利用经验公式（5）仿真模拟,1-3焊接性评定及试验方法,一、间接评定1、碳当量方法目的：评价低合金钢冷裂纹敏感性A、国际焊接学会（IIW）推荐：CECMn/6（NiCu）/15（CrMoV）/5（%）适用对象：中、高强度的非调质低合金高强钢（b=500-900MPa）对20mm的钢材：CE0.4%时，钢材的淬硬性不大，焊接性良好，焊前不需要预热CE0.4-0.6%时，钢材易于淬硬，需预热，预热温度70-200；CE0.6%时，钢材的淬硬倾向大，焊接性差。,碳当量越小，焊接性越好,B、日本工业标准（JIS）和WES协会推荐的公式：CeqCMn/6Si/24Ni/40Cr/5Mo/4V/14（%）适用对象：低合金调质钢（b=500-1000MPa）成分要求：wC0.2%；wSi0.55%；wMn1.5%；wCu2.5%；wNi2.5%；wCr1.25%；wMo0.7%；wV0.1%；wB0.006%。当板厚25mm的钢材，焊条电弧焊线能量17KJ/cm时，预热范围大致为：b500MPa，Ceq0.46%时，可不预热b600MPa，Ceq0.52%时，预热75b700MPa，Ceq0.52%时，预热100b800MPa，Ceq0.62%时，预热150,C、美国焊接学会（AWS）推荐的公式：P23第3）条CeqCMn/6Si/24Ni/15Cr/5Mo/4Cu/13P/2（%）适用对象：碳钢和低合金高强钢P23图2-4,表2-6不同焊接性等级钢材的最佳焊接工艺措施,2、冷裂纹敏感系数法,PcmCMn/20Si/30Cu/20Ni/60Cr/20Mo/15V/105B（%）适用条件：wC0.07-0.22%；wSi0.60%；wMn0.4-1.40%；wCu0.50%；wNi1.20%；wCr1.20%；wMo0.7%；wV0.12%；wNb0.04%；wTi0.05%；wB0.005%。19-50mm；H1.0-5.0mL/100g。,板厚（mm）R-拘束度（MPa）H焊缝中扩散氢含量（mL/100g）；HD熔敷金属中的有效扩散氢含量（mL/100g）有效系数（低氢型焊条=0.5，HD=H；酸性焊条=0.48，HD=H/2）,3、热裂纹敏感指数法（1）热裂纹敏感系数（HCS）,当HCS4时，一般不会产生裂纹。HCS越大，其热裂纹敏感性越高。该式适用于一般低合金钢，包括低温钢和珠光体耐热钢。,（2）临界应变增长率（CST）,CST=(-19.2C-97.2S-0.8Cu-1.0Ni+3.9Mn+65.7Nb-18.5B+7.0)*10-4,当CST6.510-4时,可以防止产生热裂纹。,4、消除应力裂纹敏感性指数法（1）G法,G=Cr+3.3Mo+8.1V-2(%),G0时，不产生裂纹；G0时，对产生裂纹敏感。对于Wc0.1%的低合金钢，上式可修正为：,G=G+10C=Cr+3.3Mo+8.1V+10C-2(%),G2时，对产生裂纹敏感；1.5G2时,对裂纹敏感性中等；G1.5时,对裂纹不敏感。,（2）PSR法,PSR=Cr+Cu+2Mo+5Ti+7Nb+10V-2(%),PSR0时，对产生裂纹较敏感。,5、层状撕裂敏感性指数法,PL=Pcm+H/60+6S,根据PL可以在图2-5上查出插销试验Z向不产生层状撕裂的临界应力值。,6、焊接热影响区（HAZ）最高硬度法,在切点点两侧各取7个以上的点（测点15个以上），各点的间距0.5mm,二、直接试验法,主要针对焊接中产生裂纹,（1）目的评定打底焊缝以及HAZ的冷裂倾向防止冷裂纹的临界预热温度（2）应用对象碳素钢焊接接头热影响区冷裂纹倾向低合金高强钢打底焊缝及其热影响区冷裂纹倾向,1、小铁研试验（斜Y坡口试验）,=938mm,（3）试验方法A、焊条：与母材匹配、直径4mm。B、上下各层正面和背面交替焊。C、焊实验焊缝前清理焊缝D、试验参数焊条直径mm。焊接电流：17010A。电弧电压：24V2V。焊接速度：150mm/min。E、焊完24h后，开始检测解剖。,（4）计算方法,（5）优缺点优点:不需要专用设备在施工现场可以应用缺点:要进行大量的解剖检查,（1）目的主要用来考核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也可用来考核再热裂纹和层状撕裂等的敏感性（2）应用低合金钢,2、插销试验,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,插销试样形状、尺寸实例,（3）优缺点优点节省材料（试棒小）热循环接近实际焊接热循环通过调整基体板板厚来调整焊接热循环方便、灵活、实用缺点需要专用