沈工大材料成型工程综合实验课件第1篇 焊接工艺过程综合试验

《焊接成型工程综合试验》

第一篇焊接工艺过程综合试验

第一章焊接工艺过程综合试验概论

沈阳工业大学材料成型及控制工程专业第一节焊接成型及焊接成型生产过程简述一．焊接成型的特点

优点：

1．焊接结构形式可以多样化、复杂化。

2．异种材料之间可以实现一体连接。

3．制造工序比较简单。

4．可以节省金属材料。焊件比铆件轻36%，比铸件轻30%。缺点：

1．容易产生焊接缺陷，裂纹容易扩展。

2．容易产生焊接变形、残余应力和应力集中。

二．焊接成型生产过程

焊接成型生产过程是指从投料开始，经过一系列工序，最后加工成焊接产品的过程。在整个生产过程中，对焊接产品质量有决定影响的是焊接工艺过程。第二节焊接工艺过程中的综合试验及其作用一．焊前准备阶段

1．技术准备制定焊接工艺——金属焊接性试验验证焊接工艺——焊接工艺评定试验

2．物质准备原材料准备——原材料质量检验焊接材料准备——焊接材料质量检验焊接设备准备——焊接设备质量检验

3．焊工准备——焊工操作技能评定试验二．焊接施工阶段

对施工中的质量进行检查——焊接接头质量检验

对焊件质量事故进行分析——焊件失效分析试验三．焊后检验阶段

对焊接产品进行验收——焊接产品质量检验对产品质量事故进行分析——焊接产品失效分析试验

p.1《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p.1第一节金属焊接性的概念及其影响因素一金属焊接性的概念

在GB/T3375-1994《焊接术语》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。内涵：1结合性能：金属焊接时对缺陷的敏感性。

2使用性能：焊成的接头在指定的使用条件下可靠运行的能力。p.1二影响金属焊接性的因素1材料因素（1）化学成分；（2）物理、化学性能；（3）冶炼方法等。2制造因素（1）焊接方法；（2）焊接材料；（3）焊接参数等。3结构因素（含服役条件）（1）结构形式；（2）服役条件。p.1第二节金属焊接性试验的目的和内容一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尺寸和焊接参数试验）

2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，焊接工艺参数是调整的对象）二金属焊接性试验的内容

1工艺焊接性试验目的：考察金属材料的结合性能（1）焊接裂纹敏感性试验

a焊接冷裂纹敏感性试验

b

焊接热裂纹敏感性试验

c

焊接再热裂纹敏感性试验

d

层状撕裂敏感性试验等p.1

（2）

析因理化试验

a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

c焊接接头金相试验

d焊接接头硬度试验等

2使用焊接性试验目的：考察焊接接头的使用性能

（1）

焊接接头力学性能试验如：拉伸试验、弯曲试验、冲击试验等。

（2）其它特殊性能试验

如：焊接接头抗脆断试验、耐腐蚀性试验、高温性能试验等。

（3）

析因理化试验如：焊接断口试验，焊接金相试验等。p.1第三节金属焊接性试验方法的分类及选用原则

一试验方法的分类

1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；（2）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（1）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。

p.1p.1二试验方法的选用原则1尽可能地接近产品的结构条件和使用条件焊接接头型式相对应；试件略大于焊件的拘束度RF。

RF=K1δ=Eδ/L

式中：K1—拘束系数；

δ—板厚；

E—弹性模量；

L—拘束长度。2具有较好的再现性和试验精度。3经济简便。p.1p.1p.1p.1p.1第四节利用焊接性试验拟定焊接工艺的基本思路一焊接工艺

在GB1T3375-1994《焊接术语》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求。包括：

1焊前准备

2选择焊接方法

3选择焊接材料

4选择焊接参数：例如：焊接电流、电弧电压、焊接速度等。

5制定工艺措施：例如：预热、焊后缓冷、焊后热处理、焊后去氢处理等。

6制定操作要求

p.1二拟定焊接工艺的基本思路

1选择焊接方法依据：a

被焊材料的种类；

b焊接产品的结构特点；

c生产效率和生产成本。2选择焊接材料依据：a

被焊材料的化学成分或力学性能；

b产品的工作条件和使用性能要求；

c焊件刚性的大小、几何形状的复杂程度；

d焊接施工条件；

f劳动生产率和经济合理性。

p.13选择焊接参数（1）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。（2）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。

a利用工艺焊接性试验（焊接冷裂纹敏感性试验）确定热输入E的下限

E=36IU/Vb利用使用焊接性试验（焊接接头冲击试验）确定热输入E的上限。4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第五节常用的金属焊接性试验方法一金属焊接性间接试验方法

有碳当量法、冷裂敏感指数法、SH-CCT图法、焊接热模拟试验法等。

1碳当量法

(1)由国际焊接学会（IIW）推荐的公式

CE(IIW)=C+Mn

/6+（Cr

+Mo+V）/5+（Cu+Ni）/15

适用范围：中、高强度的非调质低合金高强钢（强度为

500～900MPa）

判据：当CE（IIW）≤0.45%，且板厚小于25时，可不预热；当CE（IIW）＜0.41%，且板厚小于37时，可不预热。

p.1（2）由美国焊接学会（AWS）推荐的公式

CE=C+Mn/6+Si/24+Ni/15+Cr/5+Mo/4+(Cu/13+P/2)p.12冷裂敏感指数法冷裂敏感指数有PC、PW、PH、PHT等。举例：

PC=Pcm+〔H〕/60+δ/600To=1440PC–392式中：Pcm—

化学成分冷裂敏感指数

Pcm

=C+Si/30+（Mn+Cu+Cr）/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B

〔H〕—

熔敷金属中扩散氢含量（采用甘油法）ml/100g；

δ—

被焊金属板厚mm；

To

—

预热温度℃。p.1二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。（一）焊接冷裂纹敏感性试验方法

1斜Y形坡口焊接裂纹试验方法（GB4675.1-84）可用于评定钢材的冷裂敏感性，也可用于拟定焊接工艺。（1）制备试样，如下图：p.1（2）试验方法

1）焊接拘束焊缝。先焊背面，再焊正面，交替焊满坡口。

2）焊接试验焊缝。若评定钢材的冷裂敏感性，焊接参数为：Ig=170±10A;Ug=24±2V;焊速V=150±10mm/min;焊条直径Ф4。

若拟定焊接工艺，焊接参数是调整的对象。

p.1(3)检测和计算试件放置48h后，用眼睛或放大镜检查焊接接头表面是否有裂纹。1）表面裂纹率CfCf=（∑Lf/L）×100%﹪

式中：∑Lf—表面裂纹长度之和（mm)；

L—试验焊缝长度(mm)。2）根部裂纹率Cr

先将试件着色弯断，检查焊根处的裂纹。

Cr=(∑Lr/L)×100%

式中：∑Lr—焊根裂纹长度之和（mm），见下图；

L—试验焊缝长度（mm）。p.13）断面裂纹率Cs

对试验焊缝，沿长度方向切取四等份，检查5个断面的裂纹深度。

Cs=(Hc

/H)×100%﹪

式中：Hc—断面裂纹的高度（mm),见下图；

H

—试验焊缝的最小厚度（mm),见下图。动画p.12插销冷裂纹试验方法（GB9446-88)

该方法是一种定量分析的试验方法。（1）制备试件

1）插销试件p.1

2）底板

（2）装配试件p.1（3）试验方法1）堆焊焊缝按选定的焊接参数堆焊一道长100～150mm长的焊缝。2）施加拉伸静载荷当试件冷却到150℃时加预选载荷，在100℃前加载完毕。动画p.13）保持载荷，并记时。如果保持载荷达到16h不断，此应力为临界应力σcr。试验结果可画出曲线。判据：当σcr

>σs

时，认为工艺安全。p.1(二）焊接热裂纹敏感性试验方法

1压板对接（FISCO)焊接裂纹试验方法GB4675.4-84),

可用于评定焊条焊缝的热裂纹敏感性。（1）准备试件试件材质与焊件相同，采用原板厚，开I形坡口。

采用机械加工方法。p.1（2）试验装置p.1（3）试验步骤把试件安装在C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4条长约40mm的试验焊缝。10min后，取出试件，沿焊缝弯断，观察断面有无裂纹。（4）计算裂纹率CC=(∑li

/∑Li)×100%﹪式中：∑li

—4条试验焊缝上的裂纹长度之和（mm）；

∑Li—4条焊缝的长度之和（mm）。p.1三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宽度：应满足焊接接头拉伸试样、弯曲试样长度要求；长度：应满足制取各种性能试样以及舍弃部分的要求；厚度：为焊件板厚。p.1（二）焊接接头拉伸试验板接头板形拉伸试样如图所示，至少1个。按GB228-87《金属拉伸试验法》，在拉力机上进行。p.1（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，可制取正弯、背弯、侧弯试样各不少于1个，纵弯不少于2个。尺寸按GB2649-89中的规定。试验按GB232-88《金属弯曲试验法》，在拉力机上进行。p.1（四）焊接接头冲击试验试样尺寸如图所示：p.1

缺口按要求可开在焊缝、熔合线或HAZ，如图所示。冲击试样每组3个。试验按GB2106-80《金属夏比（V形缺口）冲击试验方法》和GB4159-84《金属低温夏比冲击试验方法》，在冲击试验机上进行。（五）其它特殊性能试验如：耐腐蚀性能试验、高温性能试验等。p.1

析因理化试验目的：分析影响金属焊接性的内在原因。主要包括：（1）焊接材料熔敷金属扩散氢测定试验；（2）焊接接头金相分析试验；（3）焊接接头维氏硬度试验；（4）化学成分分析试验；（5）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

试验方法有甘油法、水银法、色谱法等，常用的是甘油法。

1甘油法试验原理：焊接试样，利用仪器收集从试样扩散出来的氢气。

2测定装置：如图所示。

3试样：焊条电弧焊：100×25×12mm4试验方法：试样焊接以后，用丙酮清洗、吹干；在90s内放入氢气收集器内；经72h后读取气体读数Vo。

p.1

5计算：

Vo=PVTo/PoWT×100

式中：P—

实验室气压KPa;V—

收集的氢气体积数ml;W—

熔敷金属质量（焊后试样质量—焊前试样质量）g;Po—101KPa; To—273K;T—

（273+t）k;t—

恒温箱中的温度℃。

每组做4个试样，求平均值。p.1（二）焊接接头金相分析试验

从裂纹试件截取金相分析试样，对断面进行磨光、抛光和浸蚀，在光学显微镜下观察。

观察部位：焊缝、熔合区、HAZ、母材。（三）焊接接头维氏硬度试验在金相分析试样断面画一条平行于表面，且穿过各个区的直线，在维氏硬度计上打硬度。每隔0.5mm打一硬度，分布曲线如图所示，取HVmax为评定参数。图示p.1第六节金属焊接性试验工程应用实例

——

拟定20MnMoNb钢大厚度高压蓄势水罐焊接工艺（自学）p.1返回《材料成型工程综合试验》

第三章焊接工艺评定试验

第一节焊接工艺评定的概念及其目的一、焊接工艺评定的概念根据JB4708-2000《钢制压力容器焊接工艺评定》：定义：为验证所拟订的焊件的焊接工艺的正确性而进行的试验过程及对试验结果的评价，称为焊接工艺评定。二、焊接工艺评定的目的1、验证施焊单位拟订的焊接工艺是否正确。2、评价施工单位能否焊出符合有关要求的焊接接头。待评的焊接工艺由施工单位拟订。试件要由施工本单位技能熟练的焊接人员施焊。试件要利用施工本单位的焊接设备施焊。三、焊接工艺评定的依据主要依据是有关的技术标准国外标准举例：美国ASME《锅炉压力容器规范》中的第Ⅸ卷“焊接及钎焊评定”；日本JISB8285-1993《压力容器焊接工艺评定试验》；英国BS4870《焊接工艺评定试验》；德国劳埃德船建法规中关于船体结构焊接工艺评定的规定等。我国国内标准举例：JB4708-2000《钢制压力容器焊接工艺评定》；JB4420-1989《锅炉焊接工艺评定》；JB/T6963-1993《钢制件熔化焊工艺评定》；JB/T6315-1992《汽轮机焊接工艺评定》等。第二节焊接工艺评定的规则

制定焊接工艺评定规则的目的：防止漏评；尽量减少不必要的评定。以钢制压力容器为例，在标准中作了以下规定：

一、对须评焊缝的规定

钢制压力容器中有五种焊缝必须评定：

1、受压元件焊缝；受压元件包括：封头（或端盖）、筒体、人孔盖、人孔法兰、人孔接管、开孔补强圈、球罐的球壳板等。2、与受压元件相焊的焊缝；3、熔入永久焊缝内的定位焊缝4、受压元件母材表面的堆焊、补焊；5、上述焊缝的返修焊缝。

二、对母材之间替代关系的规定

按照化学成分、力学性能和焊接性能的相近程度进行分类分组，比较相近的归为一类，更为相近的归为一组。

表3-1钢号分类组表类别号组别号钢号相应标准号II-1Q235-A·FGB/T912,GB/T3274Q235-AGB/T912,GB/T3274Q235-BGB/T912,GB/T3274Q235-CGB/T912,GB/T327410GB3087,GB6479,GB/T8163,GB994820GB3087,GB/T8163,GB9948,JB472620GGB5310,GB647920gGB71320RGB6654`类别号组别号钢号相应标准号IIII-116MnGB6479,JB472616MnRGB6654II-215MnNbRGB665415MnVRGB665420MnMoJB472610MoWVNbGB6479IIIIII-113MnNiMoNbRGB665418MnMoNbRGB665420MnMoNbJB4726III-207MnCrMoVRGB150IVIV-112CrMoGB6479,GB994812CrMoGGB531015CrMoGB6479,GB9948,JB472615CrMoRGB665415CrMoGGB531014Cr1MoJB4726

类别号组别号钢号相应标准号IVIV-114Cr1MoRGB15012Cr1MoVJB472612Cr1MoVGGB5310IV-212Cr2MoGB647912Cr2Mo1JB472612Cr2Mo1RGB15012Cr2MoGGB5310VV-11Cr5MoGB6479,JB4726VIVI-109MnDGB15009MnNiDJB472709MnNiDRGB3531VI-216MnDJB472716MnDRGB353115MnNiDRGB3531

1、组别评定规则在同类同组的母材中，只要其中一种评定合格，该工艺适用于同组别号的其它母材。在同类别号中、高组别号母材的评定适用于该组别号母材与低组别号母材所组成的焊接接头。组别号为VI-2母材的评定适用于组别号为II-1的母材。2、类别评定规则类别号为II（或组别号为VI-1、VI-2）的同钢号母材的评定适用于该类别号（或该组别号）母材与类别号为I的母材所组成的焊接接头。

三、对试件厚度有效适用范围的规定

1.试件母材为IV-2组和σb下限植大于540MPa级的低合金钢，按表3-2和表3-3中的规定。

表3-2试件厚度适用于焊件厚度有效范围

试件母材厚度T适用于焊件母材厚度的有效范围最小值最大值T＜1.5T2T1.5≤T＜81.52T，且不大于12T≥80.75T1.5T试件焊缝金属厚度t适用于焊件焊缝金属厚度的有效范围最小值最大值t＜1.5不限2t1.5≤t＜8不限2t，且不大于12t≥8不限1.5t注：t指同一种焊接方法（或焊接工艺）在试件上所熔敷的焊缝金属厚度。表3－3试件焊缝厚度适用于焊件焊缝厚度的有效范围2.其它母材，按表3-4、3-5的规定

表3-4试件厚度适用于焊件厚度的有效范围（横弯）

表3-5试件厚度试用于焊件厚度的有效范围(纵弯）试件母材厚度T适用于焊件母材厚度的有效范围适用于焊件焊缝金属厚度的有效范围最小值最大值最小值最大值T＜1.5T2T不限2t1.5≤T＜101.52T不限2t10＜T＜3852T不限2t≥385200*不限2t（t＜20）≥385200*不限200*（t≥20）*限用于焊条电弧焊、埋弧焊、钨极气体保护焊、熔化极气体保护焊的多道焊。试件母材厚度T适用于焊件母材厚度的有效范围适用于焊件焊缝金属厚度的有效范围最小值最大值最小值最大值＜1.5T2T不限2t1.5≤T≤101.52T不限2t＞1052T不限2t四、对焊接工艺因素的分类及分析1、焊接工艺因素的分类

（1）重要因素：影响焊接接头抗拉强度和弯曲性能的焊接工艺因素，例如，焊接方法、焊接材料等。（2）补加因素：影响焊接接头冲击韧度的焊接工艺因素，如热输入，电流种类等。（3）次要因素：对要求测定的力学性能无明显影响的焊接工艺因素，如坡口形式、坡口根部间隙等。2、对各种工艺因素的分析

（1）焊接方法改变焊接方法需重新评定；当同一条焊缝使用两种或两种以上焊接方法（或焊接工艺）时，可采用组合评定和分别评定两种方法。例如，有一焊件、材质为16MnR，焊接接头有冲击韧度要求，用三种焊接方法焊成，如何评定？

第一种方法：组合评定法

表3-6适用于焊件厚度的有效范围

母材焊缝金属最小值最大值最小值最大值埋弧焊1540不限20焊条电弧焊1540不限12氩弧焊1540不限8第二种方法：分别评定法见下图：

表3-7适用于焊件厚度的有效范围

母材焊缝金属最小值最大值最小值最大值埋弧焊1540不限40焊条电弧焊1540不限20氩弧焊1540不限10（2）焊缝形式

焊接接头形式包括：对接接头、T形接头、十字接头、搭接接头、角接接头、锁底接头、端接接头等。焊缝形式有：对接焊缝、角焊缝、端接焊缝等。

对接接头T形接头角接接头锁底接头角接接头T形接头搭接接头对接接头

对接焊缝对接焊缝对接焊缝对接焊缝角焊缝角焊缝角焊缝角焊缝

由于任何接头都是由焊缝连接而成，同一种焊缝可以连接不同的接头,因此，焊接工艺评定时考察的对象是“焊缝”，而不是焊接接头。规定：对接焊缝的试件评定合格的工艺亦适用于焊件角焊缝；板材对接焊缝试件评定合格的工艺亦适用于管材的对接焊缝，反之亦可。管与板角焊缝评定合格的工艺亦适用于板材的角焊缝，反之亦可。坡口形式、坡口根部间隙等一般为次要因素。

板材对接焊缝试件管材对接焊缝试件板材角焊缝试件

管与板角焊缝试件上图为对接焊缝试件上图为角焊缝试件

（3）填充材料

包括：焊条、焊丝、焊剂和附加的填充金属等。均是重要因素。（4）焊接位置包括：平焊、横焊、立焊、仰焊等，通常情况下都是次要因素。只有将位置改变为向上立焊时，为补加因素。（5）预热包括：预热和不预热.由预热改变为不预热，或预热温度降低50摄氏度以上时，需要重新评定。（6）气体包括：可燃气体（例如乙炔、丙烷等）和保护气体（例如CO2，氩气等）均为重要因素。

（7）焊后热处理

包括：不进行热处理和焊后进行热处理（例如正火、高温回火、固溶处理等），改变热处理方式或改为不进行热处理，均需要重新评定。（8）电特性

包括：热输入、电源种类、极性、钨极种类或直径等。热输入E=36UgIg/V（J/CM）

热输入、电源种类和极性能影响焊接接头的韧性，因此是补加因素；钨极种类或直径为次要因素。（9）技术措施

包括：焊丝摆动幅度，多道焊与单道焊，焊接方向，层间清理方法等，一般多为补加因素或次要因素。第三节焊接工艺评定的一般程序

一、编制焊接工艺指导书

焊接工艺指导书是焊接工艺评定的原始依据和评定对象，应将待评定的焊接工艺内容全部反映出来。包括：焊接接头自然情况，母材种类、焊接方法、焊接材料、焊接电流、焊接电压、焊接速度、预热温度等。焊接工艺指导书通常采用标准中推荐的格式，也可以自己设计格式。

表3-8焊接工艺指导书

单位名称____________________焊接工艺指导书编号______日期______焊接工艺评定报告编号___________焊接方法_________机械化程度（手工、半自动、自动）____________焊接接头：简图：（接头形式、坡口形式与尺寸、焊层、焊道布制及顺序）坡口形式：________________________衬垫（材料及规格）________________其他______________________________母材：类别号_________组别号____________与类别号_____________组别号________________相焊及标准号___________钢号____________与标准号_____________钢号________________相焊厚度范围：母材：对接焊缝______________________角焊缝___________________管子直径、壁厚范围：对接焊缝________________________角焊缝__________________________焊缝金属厚度范围：对接焊缝_____________________角焊缝__________________________其他_________________________________________________________________________焊接材料：焊材类型焊材标准填充金属尺寸焊材型号焊材牌号（钢号）其他

耐蚀堆焊金属化学成分（％）CSiMnPSCrNiMoVTiNb其他：焊接位置：对接焊接的位置_____________________

焊接方向：（向上、向下）___________

角焊缝位置_________________________

焊接方向：（向上、向下）____________焊后热处理：温度范围（℃

）______________________

保温时间（h)_______________________预热：预热温度（℃）(允许最低值)___________

层间温度（℃）(允许最高值)___________

保持预热时间________________________

加热方式____________________________气体：

气体种类

混合比

流量（L/min）保护气______________________尾部保护气_______________________背面保护气_______________________电特性电流种类：______________________________极性：____________________________焊接电流范围（A）________________________电弧电压（V）：___________________(按所焊位置和厚度，分别列出电流和电压范围，记入下焊道/焊层焊接方法填充材料焊接电流电弧电压（V）焊接速度(cm/min）线能量（kJ/cm)牌号直径极性电流（A）钨极类型及直径_________________________喷嘴直径(mm):___________________________熔滴过渡形式___________________________焊丝送进速度(cm/min):____________________

二、施焊条件按照标准规定准备试件；由本单位技能熟练的焊接人员使用本单位的焊接设备焊接试件；采用的焊接工艺条件应严格遵守焊接工艺指导书；三、理化实验按照有关标准确定试验项目；按照有关标准制备各种性能试样；按照有关标准进行各种性能试验；填写各个试验项目的试验报告。四、编制焊接工艺评定报告焊接工艺评定报告是对焊接工艺评定试验的全面总结，因此应对各项试验的试验结果进行汇总，同时给出最后的结论。焊接工艺评定报告的作用：作为制定焊接工艺规程的依据，具有指导作用。焊接工艺评定报告通常采用标准中推荐的格式。

表3-9焊接工艺评定报告

单位名称：_____________________________焊接工艺评定报告编号：______________________焊接工艺指导书编号：________________焊接方法：_________________________机械化程度（手工、半自动、自动）_____________街头简图：（坡口形式、尺寸、衬垫、每种焊接方法或焊接工艺、焊缝金属厚度）母材：材料标准：________________________钢号：____________________________类、组别号：_____与类、组别号_____相焊厚度：_______________________________直径：_______________________________其他：_______________________________焊后热处理：热处理温度（℃）：______________________保温时间（h）：_________________________气体：气体种类

混合比

流量（L/min）保护气______________________尾部保护气_______________________背面保护气_______________________填充金属：焊材标准：___________________________焊材牌号：___________________________焊材规格：___________________________焊缝金属厚度：_______________________其他：_______________________________电特性：电流种类：____________________________极性：________________________________钨极尺寸：____________________________焊接电流(A):___________________________电弧电压(V):___________________________焊接位置：对接焊缝位置：________方向：（向上、向下）角焊缝位置：__________方向：（向上、向下）技术措施：焊接速度（cm/min）：_________________

摆动或不摆动：_______________________

摆动参数：___________________________

多道焊或单道焊（每面）：______________

多丝焊或单丝焊：_____________________

其他：______________________________预热：余热温度（℃）:______________________

层间温度（℃）:______________________

其他：______________________________第四节焊接工艺评定试验的内容和方法

焊件上不同的焊缝采用不同的焊缝试件，不同的焊缝试件有不同的试验内容。一、对接焊缝试件

1、适用对象：焊缝是对接焊缝和受压角焊缝的焊件接头。

2、试件制备：

有两种：

①板材对接焊缝试件

②管材对接焊缝试件

以板材对接焊缝试件为例：厚度：应充分考虑其适用于焊件的有效范围；宽度：应≥250毫米；长度：应足以切取所需试样；施焊：按焊接工艺指导书中给出的工艺。3、试验内容和试验方法（1）外观检查试验目的：检查接头表面有无裂纹等缺陷。试验方法：有肉眼观察试件接头的表面。合格指标：没有裂纹。（2）无损检测试验目的：检查接头内部有无裂纹等缺陷。试验方法；采用射线检测和超声波检测法当试件厚度小于或等于38毫米时，采用100%射线检测；当试件厚度大于20毫米，抗拉强度大于540兆帕时，除采用100%射线检测，还应采用局部超声波检测。当试件厚度大于38毫米时，除采用100%射线检测，还应采用局部超声波检测。合格指标：没有裂纹。（3）力学性能和弯曲试验

表3-10试验项目和试件的数量

1）拉伸试验试验目的：测定接头的强度。试样形式：

①紧凑型板接头带肩板形试样，见右图：

②紧凑型管接头带肩板形试样型式I，见下图：

③紧凑型管接头带肩板形试样形式II，见下图：

④管接头全截面试样，见右图：

试验方法：按GB/T228-1987规定的试验方法在拉力机上进行。合格指标：试样母材为同种钢号时，每个试样σb不应低于母材钢号标准规定的下限值；试样母材为两种钢号时，每个试样的σb不应低于两种钢号标准规定值下限的较低值。

2）弯曲试验试验目的：测定接头的塑性，揭示接头内部的缺陷，以及焊缝的致密性。试样的形式：有面弯、背弯、纵向面弯、纵向背弯和横向侧弯等五种。其中板材合和管材的面弯试样如下图所示；

试验方法：按GB/T232-1988中的规定在拉力机上进行。合格指标：试样弯曲到180度以后，其拉伸面上沿任何方向不得有单条长度大于3mm的裂纹或缺陷。3）冲击试验试验目的：测定接头的冲击韧性。试样形式：10mm×10mm×55mm、开V型缺口。取样位置：取样位置见右图所示：

合格指标：每个区3个试样的常温冲击吸收功的平均值不得小于27J，至多准许有1个低于27J，但不低于19J。试验方法：按GB/T229-1994中的规定在冲击试验机上进行。

二、角焊缝试件

1、适用对象：焊缝是非受压角焊缝的焊件接头。

2、试件制备：有两种，板材角焊缝试件和管材角焊缝试件。如下图所示：

3、试验内容和试验方法（1）外观检查

试验目的、试验方法和合格指标与对接焊缝试件相同。（2）宏观金相检验

试验目的：检查焊缝根部是否焊透，接头内部有无裂纹、未熔合，以及焊脚之差。试验方法：以板材角焊缝为例。如下图所示将两端舍去20mm，沿纵向等分切取5块试样，对每块试样取一个面进行打磨、抛光、腐蚀、用肉眼或5倍的放大镜检查。合格指标：①焊缝根部应焊透；

②焊缝和HAZ不得有裂纹、未熔合；

③两焊脚之差不大于3mm。

三、型式试件

1、适用对象：当焊件的T型接头和角接接头的截面要求全焊透时，要求在用对接焊缝试件的同时，补加型式试件。

2、试件制备：有两种，板材型式试件和管-板型式

试件，如右图所示，均应开坡口：

3、试验内容和试验方法

（1）外观检查；（2）宏观金相检查；此两项的试验目的和试验方法均与角焊缝试件相同。不同处在于宏观金相检验的合格指标要求：①接头焊缝根部应全焊透；

②焊缝和HAZ不得有裂纹、未熔合。第五节焊接工艺评定试验工程应用实例（略）《材料成型工程综合试验》第四章焊件失效分析试验沈阳工业大学材料成型及控制工程专业第一节焊件失效分析的概念﹑目的和意义

一、焊件失效分析的概念

焊件失效：在焊接产品的零部件组装焊接过程中，由于产生裂纹、气孔、夹杂等缺陷，或者产生变形，或者接头产生严重脆化而使焊件丧失规定功能的质量事故。焊件失效分析：针对焊件失效，在分析失效现场资料和背景资料的基础上，通过一系列的物理化学试验，获得大量反映失效物理过程的信息，然后对这些信息通过由表及里、由此及彼、去粗取精、去伪存真的综合分析，找出失效的原因，并采取相应的措施消除隐患，从而保证焊件质量的技术工作。二、焊件失效分析的目的

找出焊件失效的原因，制定有效的解决措施，防止类似的事故再次发生。三、焊件失效分析的意义

1、保证焊接产品的生产过程正常运转，从而保证焊接产品的质量。

2、促进焊接技术不断提高。

第二节焊件失效的种类和特征一、焊接接头脆化引起的失效

焊接接头脆化能导致焊件开裂或断裂。使接头产生脆化的原因有：晶粒严重长大——“粗晶脆化”产生脆化组织——“组织脆化”析出碳化物，氮化物等——“析出脆化”析出石墨——“石墨脆化”产生热应变时效——“热应变时效脆化”特征：

1、产生破坏时，接头承受的应力远远小于设计应力。

2、破坏在突然之间发生。3、呈现脆化断口：

（1）解理（CF）断口特征平坦型解理台阶（图1）河流花样（图2）舌形花样（图3）扇形花样（图4）（2）准解理（QC）断口（图5）特征：河流花样短而弯曲，支流少，解理面小，且周围有较多的撕裂棱。（3）沿晶（IC）断口

特征：宏观：表面平齐，呈白亮色颗粒状。微观：呈晶粒状的多面体，冰糖状。（图6）

[典型的延性断口]：宏观：纤维状，颜色发暗；微观：韧窝（DR）断口。（图7）韧窝特征：断口布满大小不等的圆形或椭圆形的凹坑，凹坑中常有夹杂物或第二相粒子。二、焊接裂纹引起的失效

1、热裂纹结晶裂纹是最常见的热裂纹。特征：（1）产生的温度：上限稍高于焊缝名义固相线；下限略低于焊缝名义固相线。（2）产生的部位：只产生在焊缝。（3）化学成分特点：焊缝中S、P、或Ni等元素较多。（4）金相特征：沿一次结晶组织的晶界分布。（图8）（5）断口特征：宏观：有明显的氧化色彩；微观：为沿晶液膜分离断口。（图9）2、冷裂纹

延迟裂纹是最常见的冷裂纹。特征：（1）产生的温度：通常在Ms点以下。（2）产生的钢种：低、中合金钢，中、高碳钢。（3）产生的部位：主要产生在HAZ：如焊趾、焊根、焊道下。（图10）（4）产生的时间：几乎都延迟一段时间。（5）金相特征：产生部位有淬硬组织；裂纹走向既有沿晶，又有穿晶。（6）断口特征：对于低合金钢，启裂处和扩展处：为准解理，或沿晶，或两者混合断口；终断区：多为韧窝断口。

以14MnMoNbB为例（图11）3、再热裂纹

特征：（1）产生的时间：焊后不产生，在焊后热处理或高温加热过程中产生。（2）产生的温度：对于低合金钢、耐热钢，敏感再加热温度为500～700℃。（3）产生的钢种：含有Cr、Mo、V、Ti、Nb的低合金钢和含有Nb的奥氏体不锈钢。（4）产生的部位：HAZ的过热区，走向大体与熔合线平行。（图12）（5）应力特征：焊后焊接接头存在较大的残余应力或应力集中。（6）金相特征：都是沿晶界分布。（图13）（7）断口特征：几乎都是冰糖状的沿晶断口。（图14）4、层状撕裂

特征：（1）产生的部位：HAZ或靠近接头的母材。（2）产生的钢种：不受钢种限制，主要与钢材中有带状分布的硫化物、硅酸盐夹杂物等有关。（3）结构和接头特征：易在厚板结构和T型、十字型或角接接头中产生。（图15）（4）应力特征：有Z向拉伸应力作用。（5）金相特征：宏观：多呈阶梯状分布；（图16）微观：裂纹走向既有穿晶也有沿晶。（6）断口特征：宏观：呈木纹状；（图17）微观：平台处多为准解理断口，可见到片状、条状或球状夹杂物；剪切壁处多为剪切韧窝断口，也会出现准解理断口。（图18）三、焊接气孔引起的失效

主要可分为两大类气孔：第一类气孔：主要有氢气孔、氮气孔。特征：大多数分布在焊缝表面。氢气孔较分散，断面呈螺钉状；（图19）氮气孔一般是成堆出现。第二类气孔：主要有CO气孔。特征：大多数分布在焊接内部，沿一次结晶组织的晶界分布，呈条虫状。（图20）四、焊接夹杂引起的失效

主要有三类夹杂物：

1、氧化物夹杂如SiO2、MnO、FeO、TiO2等，一般多以硅酸盐的形式存在，呈圆球形或点粒状。（图21）

2、氮化物夹杂主要是Fe4N,一般以针状分布在晶粒上或贯穿边界。（图22）

3、硫化物夹杂主要是FeS、MnS，在焊缝中多呈球状。MnS呈灰色，当MnS内溶解FeS时颜色会变淡。五、焊接变形引起的失效

主要有以下几种:1、纵向收缩变形（动画25）

2、横向变形收缩

3、挠曲变形（动画26）

4、角变形（动画27）

5、波浪变形（动画28）

6、螺旋变形（动画29）

7、错边变形（动画30）

第三节焊件失效分析的基本思路和程序一基本思路（一）根据失效的背景资料和现场情况初步确定失效类型。（二）选择试验项目进行检验。二分析程序

（一）调查研究、收集资料

1调查失效现场

2调查失效背景（二）选取试样（三）失效分析实验

1化学分析试验：包括体积成分分析和微区成分分析试验。

2宏观分析试验：包括宏观金相分析和宏观断口分析试验。

3微观分析试验：包括微观金相分析和微观断口分析试验。

4材料性能试验。

5模拟试验。（四）作出结论、制定措施。

第四节焊件失效分析试验的方法一、化学分析试验

1、体积成分分析试验目的：了解焊缝或母材成分是否符合要求。（1）化学分析法取样：用电钻取样（图31）分析：利用仪器通过化学分析进行测定。（2）物理分析法有光谱法、磁法、热电法等。这些方法都需要精密仪器，具有快速、灵敏的特点。例如，吸收光谱仪。（图32）

2、微区成分分析试验目的：测定夹杂物、第二相、晶界等微小范围的元素含量或分布。测试仪器有：电子探针、离子探针、俄歇电子谱仪等。二、金相分析试验

1宏观金相分析试验首先对试样进行磨光、抛光和浸蚀，然后用50倍以下的放大镜或光学显微镜进行观察。目的：观察失效形态的全貌。

2微观金相分析试验用50倍以上的光学显微镜进行观察。目的：分析失效局部的组织、显微缺陷等。三断口分析试验

1、宏观断口分析试验用肉眼或放大镜（50倍以下）对试样的断口直接进行观察。目的：观察断口的全貌，判断断裂的性质，确定裂纹源的位置以及判断裂纹的扩展方向等。例如：

2、微观断口分析试验在扫描电子显微镜或透射电子显微镜下观察。目的：对断口表面作更深入、更细致的观察，进一步确认断裂的性质。四、材料性能试验

包括力学性能试验、焊接裂纹敏感性试验等。目的：复验材料的某项性能是否符合要求。例如：由于材料层状撕裂的敏感性与其Z向拉伸抗力有关，因此常进行材料的Z向拉伸试验，通过测定Z向断面收缩率来判断层状撕裂的敏感性：当ψz>25%时，抗层状撕裂性能优异；当ψz=15～25%时，抗层状撕裂性能一般；当ψz<15%时，抗层状撕裂性能低劣。五、模拟试验模拟失效焊件的结构特点和破坏条件（有时需适当强化），精心设计一个结构，看能否重现原有的失效。目的：验证用上述方法得出的结论是否正确。 第五节

焊件失效分析试验工程应用实例

——大型试验结构制造时产生的裂纹失效分析试验(自学)返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回

《材料成型工程综合试验》第五章焊接产品质量检验

沈阳工业大学材料成型及控制工程专业第一节焊接产品质量检验的目的1．对于生产厂家：把住产品质量关，防止不合格的产品出厂。由于忽视焊接产品质量检验造成的事故屡见不鲜：

1978年6月28日，上海某热电厂供热管道发生爆炸。原因：焊后检查不严，未焊透深度达板厚的80%。

1979年10月14日，辽宁某化纤厂盛氮球罐水压试验时发生爆裂。原因：竣工检查时漏检裂纹。2．对于用户：了解质量情况，可以放心地使用。3．对于国家质检部门：进行质量认证和安全认证。第二节焊接产品质量检验的内容

产品不同，检验的内容也不相同，例如，船舶、桥梁、锅炉、压力容器、建筑结构等均有区别。可以概括为以下几方面：

1．外观质量检查

检查产品和焊缝的外形尺寸；

检查焊缝表面缺陷。

2．无损检测

检查焊缝内部缺陷。

3．焊接接头力学性能试验

检查焊接接头的强度、塑性、韧度等。4．金相及断口检验

检查焊接接头各区域的金相组织和断口形貌；

检查焊接接头的内部缺陷。5．焊缝晶间腐蚀试验

检查不锈钢焊缝抵抗晶间腐蚀的能力。6．压力试验（1）耐压试验检验产品承受工作静压力的能力。分类：

液压试验（首选）

气压试验（2）气密性试验检验产品的密封性。7．其它试验，如抗疲劳试验、耐磨试验等。

第三节压力容器焊接质量检验的内容和方法一．检验的内容

根据《压力容器安全技术监察规程》，包括以下四个方面：（1）

外观质量检查（2）

焊缝无损检测试验（3）

焊接接头力学性能试验（4）

压力试验二．检验的方法

（一）外观质量检查利用检验尺、样板、量规等检查外观尺寸；利用肉眼或放大镜检查焊缝表面缺陷。要求：外观尺寸符合设计图样的规定；焊接接头无裂纹、气孔、未熔合、未焊透、咬边等，焊缝与母材过渡圆滑。

[未焊透]

[未熔合][咬边](二)焊缝无损检测试验1．焊缝无损检测的方法可以分为两类：

焊缝内部缺陷检测方法：射线检测、超声检测等；

焊缝外部缺陷检测方法：渗透检测、磁粉检测等。射线检测按GB—3323《钢熔化焊