第2章 焊接性及其试验评定

第2章焊接性及其试验评定_2.1焊接性及影响因素_

2.1.1焊接性概念_

2.1.2影响焊接性的因素_2.2焊接性试验的内容及评定原则_2.2.1焊接性试验的内容_2.2.2评定焊接性的原则_2.2.3焊接性评定方法分类_2.3焊接性的评定及试验方法_2.3.1焊接性的间接评定_2.3.2焊接性的直接试验方法_2.1焊接性及影响因素2.1.1焊接性（Weldability）概念定义：焊接性是指同质材料或异质材料在制造工艺条件下，能够焊接形成完整接头并满足预期

使用要求的能力。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。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

——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的能力——使用性能研究焊接性的目的：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。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。1、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。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、焊接材料和工艺措施的发展而变化2、冶金焊接性和热焊接性2）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，涉及焊接接头的使用可靠性问题。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：影响热影响区的组织和性能。必须联系工艺条件和使用性能来分析焊接性1）冶金焊接性：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2）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、耐蚀性等的变化改善方法：选择适当母材，正确选定焊接方法和热输入2.1.2影响焊接性的因素1、材料因素母材、焊接材料2、设计因素焊接接头设计3、工艺因素焊接方法、工艺措施4、服役环境工作温度、工作介质、载荷性质表2-1常用金属材料焊接难易程度一览表表2-2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2.2.1焊接性试验的内容1、焊缝金属抵抗产生热裂纹的能力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2、焊缝及热影响区抵抗产生冷裂纹的能力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3、焊接接头抗脆性断裂的能力受焊接冶金反应、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。表2-3合金结构钢焊接性分析时应考虑的问题金属材料焊接性重点分析的内容热轧及正火钢低碳调质钢中碳调质钢珠光体耐热钢低温钢合金结构钢冷裂纹、热裂纹、消除应力裂纹、层状撕裂、热影响区脆化冷裂纹、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4、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、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1、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）2、评定焊接接头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：1）可比性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3）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1、模拟类方法方法：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。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循环参数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（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焊后热处理及消除应力裂纹试验程序a)温度循环b)应变循环c)应力循环2、实焊类方法裂纹敏感性试验、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小焊接构件：用产品做试验大型焊接构件：焊接试样1）焊接冷裂纹试验：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（FISCO）焊接裂纹试验等3）消除应力裂纹试验：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4）层状撕裂试验：Z向拉伸试验、Z向窗口试验等5）应力腐蚀裂纹试验：U型弯曲试验、缺口试验等3、理论分析和计算类方法1）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。2）利用化学性能分析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。3）利用合金状态图或SHCCT图分析

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4）利用经验公式碳当量法、焊接裂纹敏感指数法、热影响区最高硬度法等图2-3Q295钢热影响区CCT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评定方法：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需进行一系列试验才可能较全面阐明焊接性2.3.1焊接性的间接评定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。

碳对冷裂敏感性的影响最显著碳当量（CE或Ceq）：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表2-4常用合金结构钢碳当量公式①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计算公式适用范围国际焊接学会（IIW）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wc≥0.18%σb=500～900Mpa日本工业标准（JIS）规定

Ceq(JIS)=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14(%)调质低合金高强度钢

σb=500～1000MPa化学成分wc≤0.20%、wsi≤0.55%、wMn≤1.5%、wCu≤0.5%、wNi≤2.5%、wCr≤1.25%、wMo≤0.7%、wV≤0.1%、wB≤0.006%美国焊接学会（AWS）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

化学成分wc＜0.6%、wMn＜1.6%、wNi＜3.3%、wCr＜1.0%、wMo＜0.6%、wCu=0.5%～1%、wP=0.05%～0.15%注意：1、使用IIW推荐的碳当量公式：板厚δ＜20mm的钢材：

1）当CE＜0.4%时，淬硬倾向不大，焊接性良好，焊前不需要预热；

2）CE＝0.4%-0.6%时，尤其是CE>0.5%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2、使用日本工业标准（JIS）的碳当量公式时：当δ＜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表2-5钢材强度和碳当量确定预热温度钢材强度级别（σb/MPa）Ceq(JIS)（%）临界值预热温度（℃）5000.46不预热6000.52757000.521008000.621503、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2-4中查出该钢材焊接性的优劣等级图2-4

碳当量（Ceq）与板厚δ的关系Ⅰ-优良Ⅱ-较好Ⅲ-尚好Ⅳ-尚可表2-6不同焊接性等级钢材的最佳焊接工艺措施焊接性等级酸性焊条碱性低氢型焊条消除应力敲击焊缝Ⅰ（优良）不需预热不需预热不需不需Ⅱ（较好）预热40～100℃-10℃以上不预热任意任意Ⅲ（尚好）预热150℃预热40～100℃希望希望Ⅳ（尚可）预热150～200℃预热100℃希望希望表2-6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冷裂纹敏感性指数：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表2-7

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：

WC=0.07%-0.22%;WSi≤0.60%;WMn=0.40%-1.40%;

WCu≤0.50%;WNi≤1.20%;WCr≤1.20%;

WMo≤0.70%;WV≤0.12%;WNb≤0.04%;

WTi≤0.50%;WB≤0.005%

板厚δ＝19~50mm;

扩散氢含量[H]＝1.0~5.0mL/100g

Pcm—冷裂纹敏感系数

[H]－熔敷金属中的扩散氢含量（日本JIS甘油法与我国GB/T3965-1995测氢法等效（mL/100g）δ－被焊金属板厚（mm）

R－拘束度（MPa）

[H′D]－熔敷金属中的有效扩散氢含量（mL/100g）λ－有效系数低氢型焊条λ=0.6，[H′D]=[H]

酸性焊条λ=0.48，[H′D]=[H]/23、焊接热裂纹敏感性指数1）热裂纹敏感系数（简称HCS）当HCS≤4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适用范围：一般低合金高强钢，包括低温钢和珠光体耐热钢2）临界应变增长率（简称CST）CST=(－19.2C－

97.2S－

0.8Cu－

1.0Ni+3.9Mn+65.7Nb－618.5B+7.0)×10-4当CST≥6.5×10-4时，可以防止产生热裂纹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1）ΔG法，其计算公式为：

ΔG=Cr+3.3Mo+8.1V－2(%)

ΔG＜0时，不产生消除应力裂纹

ΔG≥0时，对产生消除应力裂纹较敏感WC＞0.1%的低合金钢，上式可修正为：

ΔG′=ΔG+10C=

Cr+3.3Mo+8.1V-2+10C(%)

ΔG′≥2时，对消除应力裂纹敏感；

1.5≤ΔG′＜2时，对消除应力裂纹敏感性中等；

ΔG′＜1.5时，对消除应力裂纹不敏感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+10V－2(%)此公式适用范围为：

WCr≤1.5%；WMo≤2.0%；WCu≤1.0%；

0.10%≤WC≤0.25%；WV+WNb+WTi≤0.15%

当PSR≥0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）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2-5上查出插销试验Z向不产生层状撕裂的临界应力值(σZ)cr。图2-5

层状撕裂敏感性指数PL与(σZ)cr的关系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推荐采用我国：GB/T4675.5-1984《焊接热影响区最高硬度试验方法》1）试件制备

δ＝20mm，L=200mm，B=150mm

若δ>20mm，用机械加工成20mm厚度，并保留一个轧制面；若板厚小于20mm，不需机械加工图2-6

热影响区最高硬度法试件的形状2）试验条件①焊前清理试件表面，焊试件两端要撑架空，下面留足够空间②在室温和预热温度下平焊，沿试件轧制表面的中心线焊l=(125±10)mm焊缝，焊条直径为4mm，焊接电流(170±10)A，焊接速度为（0.25±0.02）cm/s③焊后试件在空气中自然冷却，不进行任何焊后热处理3）硬度测定焊后自然冷却12h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2-7

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钢种Pcm(%)CE(IIW)(%)最大硬度HV非调质调质非调质调质非调质调质Q2350.2485-0.4150-390-Q3900.2413-0.3993-400-Q4200.3091-0.4943-410380(正火)14MnMoV0.2850-0.5117-420390(正火)18MnMoNb0.3356-0.5782--420(正火)14MnMoNbB-0.2658-0.4593-450表2-8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2-9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、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裂纹出现部位：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，出现在焊缝金属中用于评定高强钢第一层焊缝及热影响区的裂纹倾向，试验方法简便，是国际上采用较多的抗裂性试验方法之一，亦称“小铁研”试验焊缝热影响区单道焊条电弧焊CO2焊特点拘束形式焊接方法试验方法名称焊接层数裂纹部位斜Y形坡口对接裂纹试验（GB/T4675.1—1984）刚性固定对接裂纹试验焊条电弧焊CO2焊SAW此法拘束度很大，容易产生裂纹，往往在试验中发生裂纹而在实际生产中不出现裂纹，多用于大厚件单道或多道焊缝热影响区主要用于考察多层焊时焊缝的横向裂纹敏感性窗形拘束裂纹试验焊条电弧焊CO2焊单道或多道焊缝拉伸自拘束主要用于测定热影响区的冷裂纹倾向自拘束热影响区单道焊条电弧焊MIG焊十字接头裂纹试验插销试验（GB/T9446—1988）焊条电弧焊CO2焊单道热影响区需专用设备，评定高强度钢热影响区冷裂倾向，简便、省材刚性拘束裂纹试验（RRC试验）需专用设备，可用于研究冷裂机理，临界拘束应力、热输入、扩散氢含量、预热温度等对冷裂倾向的影响需专用设备，可定量分析产生裂纹的各种因素，如成分、含氢量、拘束应力焊条电弧焊CO2焊焊条电弧焊CO2焊单道单道焊缝热影响区焊缝热影响区可变拘束拉伸拘束裂纹试验（TRC试验）表2-10常用的低合金钢焊接冷裂纹试验方法1）斜Y形坡口对接裂纹试验—“小铁研”试验（Y-slitTypeCrackingTest，GB/T4675.1-1984）评定低合金结构钢焊缝及热影响区的冷裂纹敏感性①试件制备：试件的尺寸和形状如2-8图所示板厚为9～38mm采用机械方法加工试件坡口试板两端各焊接60mm的拘束焊缝采用双面焊试件中间待焊部位有2mm的间隙。图2-8

斜Y形坡口对接试件的形状及尺寸②试验条件：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4mm，焊接电流（170±10）A，焊接电压（24±2）V，焊接速度（150±10）mm/min图2-9

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③检测与裂纹率计算：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：图2-10

试样裂纹长度计算（图b根部、表面标错了！！）a表面裂纹

b根部裂纹c断面裂纹a）表面裂纹率Cf

∑lf—表面裂纹长度之和（mm）；

L—试验焊缝长度（mm）b）根部裂纹率Cr

：试样先经着色检验，然后将其拉断∑lr—根部裂纹长度之和（mm）c）断面裂纹率Cs

：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Hs∑Hs—5个断面裂纹深度的总和（mm）；∑H—5个断面焊缝最小厚度的总和（mm）低合金钢“小铁研”试验表面裂纹率Cf＜20%时，用于一般焊接结构生产是安全的2）插销试验方法（ImplantTest）

测定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在厚度方向的位置。插销试棒的形状如图2-14所示，各部位尺寸见表2-11。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2-15所示。图2-14

插销试棒的形状a)环形缺口插销b)螺形缺口插销图1-8插销试棒、底板及熔敷焊道a）环形缺口插销b）螺形缺口插销表2-11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2-16所示。图2-16

熔透比的计算对于低合金钢，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2-12作适当调整。E/KJ·cm-191013151620a/mm1.351.451.852.02.12.4表2-12缺口位置a与焊接热输入E的关系图2-17

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。②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。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。

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σcr：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σcr。临界应力σcr可以用启裂准则，也可以用断裂准则，应注明。根据临界应力σcr的大小可相对比较材料抵抗产生冷裂纹的能力。插销试验特点：1）试件尺寸小，底板与插销材料可以不同，且底板可重复使用，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速度。3）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。4）试验要求环形缺口必须位于焊缝的粗晶区，要求较严格。5）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。3）拉伸拘束裂纹试验（TensileRestraintCrackingTest,即TRC试验）基本原理：模拟焊接接头承受的平均拘束应力，在一定坡口形状和一定尺寸的试板间施焊后，冷却到规定温度时在焊缝横向施加一拉伸载荷并保持恒定，直到产生裂纹或断裂。临界应力：通过调整载荷，求得加载24h而不发生开裂的临界应力。根据临界应力大小，即可评定材料冷裂纹敏感性4）刚性固定对接裂纹试验（RestrainedButtJointCrackingTest）这种试验方法主要用于测定焊缝的冷裂纹和热裂纹倾向，也可以测定热影响区的冷裂纹倾向，适用于低合金钢焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护焊等。5）窗形拘束裂纹试验（WindowTypeRestraintCrackingTest）这种方法主要用于测定低合金钢多层焊时焊缝横向冷裂纹及热裂纹的敏感性，为选择焊接材料和确定工艺条件提供试验依据。6）搭接接头焊接裂纹试验（ControlledThermalSeverity，即CTS试验）这种试验是通过热拘束指数的变化来反映冷却速度对焊接接头裂纹敏感性的影响，主要适用于低合金钢热影响区的冷裂纹敏感性评定。2、焊接热裂纹试验方法焊接热裂纹是在焊接过程处在高温下产生的一种裂纹，其特征大多数是沿原奥氏体晶界扩展和开裂。表2-10常用的低合金钢焊接热裂纹试验方法—焊条电弧焊CO2焊备注拘束形式焊接方法试验方法名称可变刚性裂纹试验压板对接（FISCO)焊接裂纹试验焊条电弧焊可调拘束裂纹试验焊条电弧焊CO2焊用途测定低合金钢对接焊缝产生裂纹的倾向可变拘束评定低合金钢的热裂纹敏感性固定拘束可变拘束测定低合金钢的热裂纹敏感性GB/T4675.4—1984—1）压板对接（FISCO）焊接裂纹试验目的：1）评定低合金钢焊缝金属的热裂纹敏感性

2）钢材与焊条匹配的性能试验试验装置：在C形夹具中，垂直方向用14个紧固螺栓以3×105N的力压紧试板，横向用4个螺栓以6×104N的力定位，把试板牢牢固定在试验装置内。图2-20

压板对接（FISCO）试验装置1—C形拘束框架2—试板3—紧固螺栓4—齿形底座5—定位塞片6—调节板a）试件制备试件的坡口形状为I形，厚板时可用Y形坡口，采用机械加工，坡口附近表面要打磨干净。图2-21

压板对接（FISCO）试板尺寸及裂纹计算

a)试板尺寸b)焊缝裂纹长度计算b）试验步骤安装：将试件安装在试验装置内，在试件坡口的两端按试验要求装入相应尺寸的定位塞片，以保证坡口间隙（变化范围0-6mm）。先将横向螺栓紧固，再将垂直方向的螺栓用指针式扭力扳手紧固。施焊：按生产上使用的工艺参数按图2-21a所示顺序焊接4条长度约40mm的试验焊缝，焊缝间距约

10mm，弧坑不必填满。测量：焊后经过10min后将试件从装置上取出，待试件冷却至室温后，将试板沿焊缝纵向弯断，观察断面有无裂纹并测量裂纹长度，如图2-21b所示。c）裂纹率计算方法对4条焊缝断面上测得的裂纹长度按下式计算其裂纹率，即：Cf

—压板对接（FISCO）试验的裂纹率（%）；∑li—4条试验焊缝的裂纹长度之和（mm）；∑Li—4条试验焊缝的长度之和（mm）2）可调拘束裂纹试验（VarestraintTest）

目的：评定低合金钢各种热裂纹（结晶裂纹、液化裂纹等）敏感性。原理：在焊缝凝固后期施加一定的应变来研究产生裂纹的规律。当外加应变值在某一温度区间超过焊缝或热影响区金属的塑性变形能力时，就会出现热裂纹，以此来评定产生焊接热裂纹的敏感性。3、焊接消除应力裂纹试验方法消除应力裂纹：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。1）插销式消除应力裂纹试验法

试验所用试件的形状和尺寸以及试验装置，与冷裂纹的插销试验一样。只是在焊接插销的部位安装一台加热用的电炉。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。2）H形拘束试验试件：试板厚为δ=35mm图2-24H形拘束试件形状及尺寸试验过程：焊前预热及层间温度为150-200℃，采用直径4mm焊条，焊接电流150-180A，直流反接。焊后进行无损检测，确定无裂纹后再进行

500-700℃×2h回火处理。然后检查焊接热影响区是否出现消除应力裂纹。3）斜Y形坡口消除应力裂纹试验采用与斜Y形坡口冷裂纹试验方法完全相同的试件形状及尺寸，试验过程及要求也基本一致。为了防止产生焊接冷裂纹，焊前应适当预热，焊后检验无裂纹后再进行消除应力热处理。热处理的工艺参数一般为500-700℃×2h。然后进行消除应力裂纹检测。4、层状撕裂试验方法层状撕裂：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。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主要影响因素：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。1）Z向拉伸试验（A-directionTensileTest）利用钢板厚度方向（即Z向）的断面收缩率来测定钢材的层状撕裂