金属焊接性试验

1、p.1材料成型工程综合试验材料成型工程综合试验 第二章 金属焊接性试验 沈阳工业大学材料成型及控制工程专业沈阳工业大学材料成型及控制工程专业p.1第一节第一节 金属焊接性的概念及其影响因素金属焊接性的概念及其影响因素 一一 金属焊接性的概念金属焊接性的概念 在在GB/T3375-1994焊接术语焊接术语中下的定义是：中下的定义是： 金属焊接性是指金属材料在限定的焊接施工条件金属焊接性是指金属材料在限定的焊接施工条件下，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。求的能力。 内涵：内涵：1 结合性能结合性能 ：金属焊接时对缺陷的敏感性。：金属

2、焊接时对缺陷的敏感性。 2 使用性能使用性能 ：焊成的接头在指定的使用条件：焊成的接头在指定的使用条件下可靠运行的能力。下可靠运行的能力。 p.1二二 影响金属焊接性的因素影响金属焊接性的因素 1 材料因素材料因素 （1）化学成分；（）化学成分；（2）物理、化学性能；（物理、化学性能；（3）冶炼方法等冶炼方法等。 2 制造因素制造因素 （1）焊接方法；（）焊接方法；（2）焊接材料；（焊接材料；（3）焊接参）焊接参数等数等。 3 结构因素（含服役结构因素（含服役条件）条件） （1）结构形式；（）结构形式；（2）服役条件。服役条件。p.1第二节第二节 金属焊接性试验的目的和内容金属焊接性试验的目的

3、和内容 一一 金属焊接性试验的目的金属焊接性试验的目的 1 评定金属材料的焊接性；（按照有关标准规定的试件评定金属材料的焊接性；（按照有关标准规定的试件尺寸和焊接参数试验）尺寸和焊接参数试验） 2 研制和开发新型的焊接材料；（同上）研制和开发新型的焊接材料；（同上） 3 拟定产品的焊接工艺；（试件尺寸应符合产品特点，拟定产品的焊接工艺；（试件尺寸应符合产品特点，焊接工艺参数是调整的对象）焊接工艺参数是调整的对象） 二二 金属焊接性试验的内容金属焊接性试验的内容 1 工艺焊接性试验工艺焊接性试验 目的：考察金属材料的结合性能目的：考察金属材料的结合性能 （1）焊接裂纹敏感性试验）焊接裂纹敏感性试

4、验 a 焊接冷裂纹敏感性试验焊接冷裂纹敏感性试验 b 焊接热裂纹敏感性试验焊接热裂纹敏感性试验 c 焊接再热裂纹敏感性试验焊接再热裂纹敏感性试验 d 层状撕裂敏感性试验等层状撕裂敏感性试验等p.1 （2） 析因理化试验析因理化试验 a 焊接材料熔敷金属扩散氢试验焊接材料熔敷金属扩散氢试验 b 焊缝和母材化学成分分析试验焊缝和母材化学成分分析试验 c 焊接接头金相试验焊接接头金相试验 d 焊接接头硬度试验等焊接接头硬度试验等 2 使用焊接性试验使用焊接性试验 目的：考察焊接接头的使用性能目的：考察焊接接头的使用性能 （1） 焊接接头力学性能试验焊接接头力学性能试验 如：拉伸试验、弯曲试验、冲击试

5、验等。如：拉伸试验、弯曲试验、冲击试验等。 （2）其它特殊性能试验）其它特殊性能试验 如：焊接接头抗脆断试验、耐腐蚀性试如：焊接接头抗脆断试验、耐腐蚀性试 验、高温性能试验等。验、高温性能试验等。 （3） 析因理化试验析因理化试验 如：焊接断口试验，焊接金相试验等。如：焊接断口试验，焊接金相试验等。 p.1第三节第三节 金属焊接性试验方法的分类及选金属焊接性试验方法的分类及选用原则用原则 一一 试验方法的分类试验方法的分类 1 按试验者与研究对象的关系分类按试验者与研究对象的关系分类 （1）间接试验：以推理或模拟为主要特征；）间接试验：以推理或模拟为主要特征； （2）直接试验：以焊接试件为主要

6、特征。）直接试验：以焊接试件为主要特征。 2 按照金属焊接性的内涵分类按照金属焊接性的内涵分类 （1） 工艺焊接性试验：评定结合性能；工艺焊接性试验：评定结合性能； （2） 使用焊接性试验：评定使用性能。使用焊接性试验：评定使用性能。 p.1p.1二二 试验方法的选用原则试验方法的选用原则 1 尽可能地接近产品的尽可能地接近产品的结构条件和使用条件结构条件和使用条件 焊接接头型式相对应；焊接接头型式相对应； 试件略大于焊件的拘试件略大于焊件的拘束度束度RF。 RF=K1=E/L 式中：式中：K1拘束系数；拘束系数； 板厚；板厚； E弹性模量；弹性模量； L拘束长度。拘束长度。 2 具有较好的再

7、现性和具有较好的再现性和试验精度。试验精度。 3 经济简便。经济简便。p.1p.1p.1p.1p.1第四节第四节 利用焊接性试验拟定焊接工艺的利用焊接性试验拟定焊接工艺的基本思路基本思路 一一 焊接工艺焊接工艺 在在GB1T3375-1994焊接术语焊接术语中下的定义是：中下的定义是： 焊接工艺是制造焊件所有关的加工方法和实施要焊接工艺是制造焊件所有关的加工方法和实施要求。包括：求。包括： 1 焊前准备焊前准备 2 选择焊接方法选择焊接方法 3 选择焊接材料选择焊接材料 4 选择焊接参数：例如：焊接电流、电弧电压、选择焊接参数：例如：焊接电流、电弧电压、焊接速度等。焊接速度等。 5 制定工艺措

8、施：例如：预热、焊后缓冷、焊后制定工艺措施：例如：预热、焊后缓冷、焊后热处理热处理 、焊后去氢处理等、焊后去氢处理等 。 6 制定操作要求制定操作要求 p.1二二 拟定焊接工艺的基本思路拟定焊接工艺的基本思路 1 1 选择焊接方法选择焊接方法 依据：依据：a a 被焊材料的种类；被焊材料的种类； b b 焊接产品的结构特点；焊接产品的结构特点； c c 生产效率和生产成本。生产效率和生产成本。 2 2 选择焊接材料选择焊接材料 依据：依据：a a 被焊材料的化学成分或力学性能；被焊材料的化学成分或力学性能； b b 产品的工作条件和使用性能要求；产品的工作条件和使用性能要求； c c 焊件刚性

9、的大小、几何形状的复杂程度；焊件刚性的大小、几何形状的复杂程度； d d 焊接施工条件；焊接施工条件； f f 劳动生产率和经济合理性。劳动生产率和经济合理性。 p.1 3 3 选择焊接参数选择焊接参数 （1 1）利用间接的焊接性试验方法分析材料的焊接）利用间接的焊接性试验方法分析材料的焊接性和初步拟定焊接参数。性和初步拟定焊接参数。 （2 2）利用直接的焊接性试验方法对初步拟定的焊）利用直接的焊接性试验方法对初步拟定的焊接参数进行检验和调整。接参数进行检验和调整。 a a 利用工艺焊接性试验（焊接冷裂纹敏感性试利用工艺焊接性试验（焊接冷裂纹敏感性试验）确定热输入验）确定热输入E E的下限的下

10、限 E = 36IU/V E = 36IU/V b b 利用使用焊接性试验（焊接接头冲击试验）利用使用焊接性试验（焊接接头冲击试验）确定热输入确定热输入E E的上限。的上限。 4 4 确定工艺措施确定工艺措施 当按上述方法确定的热输入下限高于上限时，应当按上述方法确定的热输入下限高于上限时，应考虑采用预热、缓冷、后热、焊后热处理等工艺措施。考虑采用预热、缓冷、后热、焊后热处理等工艺措施。p.1第五节第五节 常用的金属焊接性试验方法常用的金属焊接性试验方法 一一 金属焊接性间接试验方法金属焊接性间接试验方法 有碳当量法、冷裂敏感指数法、有碳当量法、冷裂敏感指数法、SH-CCTSH-CCT图法、焊

11、接热图法、焊接热模拟试验法等。模拟试验法等。 1 1 碳当量法碳当量法 (1) (1) 由国际焊接学会（由国际焊接学会（IIWIIW）推荐的公式）推荐的公式 CECE(IIW)(IIW)= C + Mn= C + Mn /6 +/6 +（CrCr + Mo+V+ Mo+V）/5+/5+（Cu+ NiCu+ Ni）/15/15 适用范围：中、高强度的非调质低合金高强钢（强适用范围：中、高强度的非调质低合金高强钢（强度为度为 500500900MPa900MPa） 判据：当判据：当CECE（IIWIIW） 0.45% 0.45%，且板厚小于，且板厚小于2525时，可不时，可不预热；当预热；当CEC

12、E（IIWIIW） 0.41%0.41%，且板厚小于，且板厚小于3737时，可不预热。时，可不预热。 p.1（2 2）由美国焊接学会（）由美国焊接学会（AWSAWS）推荐的公式）推荐的公式 CE = C + Mn/6 + SiCE = C + Mn/6 + Si/24 + Ni/15 + Cr/5 + Mo/4 + /24 + Ni/15 + Cr/5 + Mo/4 + (Cu/13 + P/2)(Cu/13 + P/2)p.1 2 2 冷裂敏感指数法冷裂敏感指数法 冷裂敏感指数有冷裂敏感指数有P PC C 、P PW W 、P PH H 、P PHTHT等。等。 举例：举例： P PC C

13、= P = Pcmcm+ + H H/60 + /600/60 + /600 T To o = 1440P= 1440PC C 392 392 式中式中 ： P Pcmcm 化学成分冷裂敏感指数化学成分冷裂敏感指数 P Pcmcm = C + Si/30 += C + Si/30 +（MnMn + Cu+ Cr + Cu+ Cr）/20 + /20 + Ni/60 + Mo/15 + V/10 +5BNi/60 + Mo/15 + V/10 +5B H H 熔敷金属中扩散氢含量（采用甘油熔敷金属中扩散氢含量（采用甘油法）法） ml/100gml/100g； 被焊金属板厚被焊金属板厚 mmmm；

14、 T To o 预热温度预热温度 。 p.1二二 工艺焊接性直接试验法工艺焊接性直接试验法 在焊接缺陷中，最危险的缺陷是裂纹，因此是考查的重点。在焊接缺陷中，最危险的缺陷是裂纹，因此是考查的重点。（一）焊接冷裂纹敏感性试验方法（一）焊接冷裂纹敏感性试验方法 1 1 斜斜Y Y 形坡口焊接裂纹试验方法（形坡口焊接裂纹试验方法（GB4675.1-84GB4675.1-84） 可用于评定钢材的冷裂敏感性，也可用于拟定焊接可用于评定钢材的冷裂敏感性，也可用于拟定焊接工艺。工艺。 （1 1）制备试样，如下图：）制备试样，如下图： p.1（2 2）试验方法）试验方法 1 1）焊接拘束焊缝。先焊背面，再焊正

15、面，交替）焊接拘束焊缝。先焊背面，再焊正面，交替焊满坡口。焊满坡口。 2 2）焊接试验焊缝。若评定钢材的冷裂敏感性，）焊接试验焊缝。若评定钢材的冷裂敏感性，焊接参数为：焊接参数为： I Ig g=170=17010A; U10A; Ug g=24=242V; 2V; 焊速焊速V=150V=15010mm/min; 10mm/min; 焊条直径焊条直径44。 若拟定焊接工艺，焊接参数是调整的对象。若拟定焊接工艺，焊接参数是调整的对象。 p.1 (3) (3) 检测和计算检测和计算 试件放置试件放置48h48h后，用眼睛或放大镜检查焊接接头表后，用眼睛或放大镜检查焊接接头表面是否有裂纹。面是否有裂

16、纹。 1 1）表面裂纹率）表面裂纹率C Cf f C Cf f = = （LLf f / L / L） 100% 100% 式中：式中：L Lf f表面裂纹长度之和（表面裂纹长度之和（mm)mm)； L L 试验焊缝长度试验焊缝长度( (mm)mm)。 2 2）根部裂纹率）根部裂纹率CrCr 先将试件着色弯断，检查焊根处的裂纹。先将试件着色弯断，检查焊根处的裂纹。 Cr = (LrCr = (Lr / L) / L)100%100% 式中：式中：LrLr焊根裂纹长度之和（焊根裂纹长度之和（mmmm），见下图；），见下图； L L试验焊缝长度（试验焊缝长度（mmmm）。）。p.1 3 3 ）断面

17、裂纹率）断面裂纹率C Cs s 对试验焊缝，沿长度方向切取四等份，检查对试验焊缝，沿长度方向切取四等份，检查5 5个断面的裂纹深度。个断面的裂纹深度。 C Cs s = ( H= ( Hc c / H ) / H ) 100%100% 式中：式中：H Hc c 断面裂纹的高度（断面裂纹的高度（mm),mm),见下图；见下图； H H 试验焊缝的最小厚度（试验焊缝的最小厚度（mm),mm),见下图。见下图。动画p.1 2 2 插销冷裂纹试验方法（插销冷裂纹试验方法（GB9446-88)GB9446-88) 该方法是一种定量分析的试验方法。该方法是一种定量分析的试验方法。 （1 1）制备试件）制备

18、试件 1 1）插销试件）插销试件p.1 2 2）底板）底板 （2 2）装配试件）装配试件p.1（3 3）试验方法）试验方法 1 1）堆焊焊缝）堆焊焊缝 按选定的焊接参数堆焊一道长按选定的焊接参数堆焊一道长100100150mm150mm长的长的焊缝。焊缝。 2 2）施加拉伸静载荷）施加拉伸静载荷 当试件冷却到当试件冷却到150150时加预选载荷，在时加预选载荷，在100100前前加载完毕。加载完毕。动画p.1 3 3）保持载荷，并记时。）保持载荷，并记时。 如果保持载荷达到如果保持载荷达到16h16h不断，此应力为临界应力不断，此应力为临界应力 crcr。试验结果可画出曲线。试验结果可画出曲线

19、。 判据：当判据：当 crcr s s 时，认为工艺安全。时，认为工艺安全。p.1( (二）焊接热裂纹敏感性试验方法二）焊接热裂纹敏感性试验方法 1 1 压板对接（压板对接（FISCO) FISCO) 焊接裂纹试验方法焊接裂纹试验方法GB4675.4-84), GB4675.4-84), 可用于评定焊条焊缝的热裂纹敏感性。可用于评定焊条焊缝的热裂纹敏感性。 （1 1）准备试件）准备试件 试件材质与焊件相试件材质与焊件相 同，采用原板厚，开同，采用原板厚，开 I I形坡口。形坡口。 采用机械加工方法。采用机械加工方法。p.1 （2 2）试验装置）试验装置p.1 （3 3）试验步骤）试验步骤 把试

20、件安装在把试件安装在C C形装置中，调好坡口间隙。将螺栓形装置中，调好坡口间隙。将螺栓旋紧，在水平、垂直方向顶紧试板。用待试焊条焊旋紧，在水平、垂直方向顶紧试板。用待试焊条焊4 4条条长约长约40mm40mm的试验焊缝。的试验焊缝。10min10min后，取出试件，沿焊缝弯后，取出试件，沿焊缝弯断，观察断面有无裂纹。断，观察断面有无裂纹。 （4 4）计算裂纹率）计算裂纹率C C C = (l C = (li i / L/ Li i ) ) 100%100% 式中式中：lli i 4 4条试验焊缝上的裂纹长度之和（条试验焊缝上的裂纹长度之和（mmmm）；）； LLi i 4 4条焊缝的长度之和（

21、条焊缝的长度之和（mm mm ）。）。p.1 三三 使用焊接性直接试验方法使用焊接性直接试验方法 不同产品有不同使用性能要求，共同的性能要求不同产品有不同使用性能要求，共同的性能要求是必需满足常规的力学性能要求。是必需满足常规的力学性能要求。 （一）焊接接头常规力学性能试板制备（一）焊接接头常规力学性能试板制备 宽度：应满足焊接接头拉伸试样、弯曲试样长度要宽度：应满足焊接接头拉伸试样、弯曲试样长度要求；求； 长度：应满足制取各种性能试样以及舍弃部分的要长度：应满足制取各种性能试样以及舍弃部分的要求；求； 厚度：为焊件板厚。厚度：为焊件板厚。 p.1 （二）焊接接头拉伸试（二）焊接接头拉伸试验验

22、 板接头板形拉伸试板接头板形拉伸试样如图所示，至少样如图所示，至少1 1个。个。 按按GB228-87GB228-87金属金属拉伸试验法拉伸试验法，在拉力，在拉力机上进行。机上进行。p.1 （三）焊接接头弯曲试验（三）焊接接头弯曲试验 试样种类和数量按相关标准制取。如无注明，可试样种类和数量按相关标准制取。如无注明，可制取正弯、背弯、侧弯试样各不少于制取正弯、背弯、侧弯试样各不少于1 1个，纵弯不少于个，纵弯不少于2 2个。尺寸按个。尺寸按GB2649-89GB2649-89中的规定。中的规定。 试验按试验按GB232-88GB232-88金属弯曲试验法金属弯曲试验法，在拉力机，在拉力机上进行

23、。上进行。p.1 （四）焊接接头冲击试验（四）焊接接头冲击试验 试样尺寸如图所示：试样尺寸如图所示：p.1 缺口按要求可开在焊缝、熔合线或缺口按要求可开在焊缝、熔合线或HAZHAZ，如图所示。，如图所示。 冲击试样每组冲击试样每组3 3个。个。 试验按试验按GB2106-80GB2106-80金属夏比（金属夏比（V V形缺口）冲击试形缺口）冲击试验方法验方法和和GB4159-84GB4159-84金属低温夏比冲击试验方法金属低温夏比冲击试验方法，在冲击试验机上进行。在冲击试验机上进行。 （五）其它特殊性能试验（五）其它特殊性能试验 如：耐腐蚀性能试验、高温性能试验等。如：耐腐蚀性能试验、高温性

24、能试验等。p.14 4 析因理化试验析因理化试验目的：分析影响金属焊接性的内在原因。目的：分析影响金属焊接性的内在原因。 主要包括：主要包括：（1 1）焊接材料熔敷金属扩散氢测定试验；）焊接材料熔敷金属扩散氢测定试验；（2 2）焊接接头金相分析试验；）焊接接头金相分析试验；（3 3）焊接接头维氏硬度试验；）焊接接头维氏硬度试验；（4 4）化学成分分析试验；）化学成分分析试验；（5 5）焊接接头断口分析试验。）焊接接头断口分析试验。p.1( (一）焊接材料熔敷金属扩散氢测定试验一）焊接材料熔敷金属扩散氢测定试验 试验方法有甘油法、水银法、色谱法等，常用的试验方法有甘油法、水银法、色谱法等，常用的是甘油法。是甘油法。 1 1 甘油法试验原理：甘油法试验原理： 焊接试样，利用仪器收焊接试样，利用仪器收集从试样扩散出来的氢气。集从试样扩散出来的氢气。 2 2 测定装置：如图所示。测定装置：如图所示。 3 3 试样：焊条电弧焊：试样：焊条电弧焊： 10010025251212mmmm