第二章 金屬焊接性試驗

1、p.1材料成型工程綜合試驗材料成型工程綜合試驗 第二章 金屬焊接性試驗 沈陽工業(yè)大學材料成型及控制工程專業(yè)沈陽工業(yè)大學材料成型及控制工程專業(yè)p.1第一節(jié)第一節(jié) 金屬焊接性的概念及其影響因素金屬焊接性的概念及其影響因素 一一 金屬焊接性的概念金屬焊接性的概念 在在GB/T3375-1994焊接術語焊接術語中下的定義是：中下的定義是： 金屬焊接性是指金屬材料在限定的焊接施工條件金屬焊接性是指金屬材料在限定的焊接施工條件下，焊接成規(guī)定設計要求的構件，并滿足預定服役要下，焊接成規(guī)定設計要求的構件，并滿足預定服役要求的能力。求的能力。 內(nèi)涵：內(nèi)涵：1 結合性能結合性能 ：金屬焊接時對缺陷的敏感性。：金屬

2、焊接時對缺陷的敏感性。 2 使用性能使用性能 ：焊成的接頭在指定的使用條件：焊成的接頭在指定的使用條件下可靠運行的能力。下可靠運行的能力。 p.1二二 影響金屬焊接性的因素影響金屬焊接性的因素 1 材料因素材料因素 （1）化學成分；（）化學成分；（2）物理、化學性能；（物理、化學性能；（3）冶煉方法等冶煉方法等。 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）焊接參）焊接參數(shù)等數(shù)等。 3 結構因素（含服役結構因素（含服役條件）條件） （1）結構形式；（）結構形式；（2）服役條件。服役條件。p.1第二節(jié)第二節(jié) 金屬焊接性試驗的目的和內(nèi)容金屬焊接性試驗的目的

3、和內(nèi)容 一一 金屬焊接性試驗的目的金屬焊接性試驗的目的 1 評定金屬材料的焊接性；（按照有關標準規(guī)定的試件評定金屬材料的焊接性；（按照有關標準規(guī)定的試件尺寸和焊接參數(shù)試驗）尺寸和焊接參數(shù)試驗） 2 研制和開發(fā)新型的焊接材料；（同上）研制和開發(fā)新型的焊接材料；（同上） 3 擬定產(chǎn)品的焊接工藝；（試件尺寸應符合產(chǎn)品特點，擬定產(chǎn)品的焊接工藝；（試件尺寸應符合產(chǎn)品特點，焊接工藝參數(shù)是調(diào)整的對象）焊接工藝參數(shù)是調(diào)整的對象） 二二 金屬焊接性試驗的內(nèi)容金屬焊接性試驗的內(nèi)容 1 工藝焊接性試驗工藝焊接性試驗 目的：考察金屬材料的結合性能目的：考察金屬材料的結合性能 （1）焊接裂紋敏感性試驗）焊接裂紋敏感性試

4、驗 a 焊接冷裂紋敏感性試驗焊接冷裂紋敏感性試驗 b 焊接熱裂紋敏感性試驗焊接熱裂紋敏感性試驗 c 焊接再熱裂紋敏感性試驗焊接再熱裂紋敏感性試驗 d 層狀撕裂敏感性試驗等層狀撕裂敏感性試驗等p.1 （2） 析因理化試驗析因理化試驗 a 焊接材料熔敷金屬擴散氫試驗焊接材料熔敷金屬擴散氫試驗 b 焊縫和母材化學成分分析試驗焊縫和母材化學成分分析試驗 c 焊接接頭金相試驗焊接接頭金相試驗 d 焊接接頭硬度試驗等焊接接頭硬度試驗等 2 使用焊接性試驗使用焊接性試驗 目的：考察焊接接頭的使用性能目的：考察焊接接頭的使用性能 （1） 焊接接頭力學性能試驗焊接接頭力學性能試驗 如：拉伸試驗、彎曲試驗、沖擊試

5、驗等。如：拉伸試驗、彎曲試驗、沖擊試驗等。 （2）其它特殊性能試驗）其它特殊性能試驗 如：焊接接頭抗脆斷試驗、耐腐蝕性試如：焊接接頭抗脆斷試驗、耐腐蝕性試 驗、高溫性能試驗等。驗、高溫性能試驗等。 （3） 析因理化試驗析因理化試驗 如：焊接斷口試驗，焊接金相試驗等。如：焊接斷口試驗，焊接金相試驗等。 p.1第三節(jié)第三節(jié) 金屬焊接性試驗方法的分類及選金屬焊接性試驗方法的分類及選用原則用原則 一一 試驗方法的分類試驗方法的分類 1 按試驗者與研究對象的關系分類按試驗者與研究對象的關系分類 （1）間接試驗：以推理或模擬為主要特征；）間接試驗：以推理或模擬為主要特征； （2）直接試驗：以焊接試件為主要

6、特征。）直接試驗：以焊接試件為主要特征。 2 按照金屬焊接性的內(nèi)涵分類按照金屬焊接性的內(nèi)涵分類 （1） 工藝焊接性試驗：評定結合性能；工藝焊接性試驗：評定結合性能； （2） 使用焊接性試驗：評定使用性能。使用焊接性試驗：評定使用性能。 p.1p.1二二 試驗方法的選用原則試驗方法的選用原則 1 盡可能地接近產(chǎn)品的盡可能地接近產(chǎn)品的結構條件和使用條件結構條件和使用條件 焊接接頭型式相對應；焊接接頭型式相對應； 試件略大于焊件的拘試件略大于焊件的拘束度束度RF。 RF=K1=E/L 式中：式中：K1拘束系數(shù)；拘束系數(shù)； 板厚；板厚； E彈性模量；彈性模量； L拘束長度。拘束長度。 2 具有較好的再

7、現(xiàn)性和具有較好的再現(xiàn)性和試驗精度。試驗精度。 3 經(jīng)濟簡便。經(jīng)濟簡便。p.1p.1p.1p.1p.1第四節(jié)第四節(jié) 利用焊接性試驗擬定焊接工藝的利用焊接性試驗擬定焊接工藝的基本思路基本思路 一一 焊接工藝焊接工藝 在在GB1T3375-1994焊接術語焊接術語中下的定義是：中下的定義是： 焊接工藝是制造焊件所有關的加工方法和實施要焊接工藝是制造焊件所有關的加工方法和實施要求。包括：求。包括： 1 焊前準備焊前準備 2 選擇焊接方法選擇焊接方法 3 選擇焊接材料選擇焊接材料 4 選擇焊接參數(shù)：例如：焊接電流、電弧電壓、選擇焊接參數(shù)：例如：焊接電流、電弧電壓、焊接速度等。焊接速度等。 5 制定工藝措

8、施：例如：預熱、焊后緩冷、焊后制定工藝措施：例如：預熱、焊后緩冷、焊后熱處理熱處理 、焊后去氫處理等、焊后去氫處理等 。 6 制定操作要求制定操作要求 p.1二二 擬定焊接工藝的基本思路擬定焊接工藝的基本思路 1 1 選擇焊接方法選擇焊接方法 依據(jù)：依據(jù)：a a 被焊材料的種類；被焊材料的種類； b b 焊接產(chǎn)品的結構特點；焊接產(chǎn)品的結構特點； c c 生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本。生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本。 2 2 選擇焊接材料選擇焊接材料 依據(jù)：依據(jù)：a a 被焊材料的化學成分或力學性能；被焊材料的化學成分或力學性能； b b 產(chǎn)品的工作條件和使用性能要求；產(chǎn)品的工作條件和使用性能要求； c c 焊件剛性

9、的大小、幾何形狀的復雜程度；焊件剛性的大小、幾何形狀的復雜程度； d d 焊接施工條件；焊接施工條件； f f 勞動生產(chǎn)率和經(jīng)濟合理性。勞動生產(chǎn)率和經(jīng)濟合理性。 p.1 3 3 選擇焊接參數(shù)選擇焊接參數(shù) （1 1）利用間接的焊接性試驗方法分析材料的焊接）利用間接的焊接性試驗方法分析材料的焊接性和初步擬定焊接參數(shù)。性和初步擬定焊接參數(shù)。 （2 2）利用直接的焊接性試驗方法對初步擬定的焊）利用直接的焊接性試驗方法對初步擬定的焊接參數(shù)進行檢驗和調(diào)整。接參數(shù)進行檢驗和調(diào)整。 a a 利用工藝焊接性試驗（焊接冷裂紋敏感性試利用工藝焊接性試驗（焊接冷裂紋敏感性試驗）確定熱輸入驗）確定熱輸入E E的下限的下

10、限 E = 36IU/V E = 36IU/V b b 利用使用焊接性試驗（焊接接頭沖擊試驗）利用使用焊接性試驗（焊接接頭沖擊試驗）確定熱輸入確定熱輸入E E的上限。的上限。 4 4 確定工藝措施確定工藝措施 當按上述方法確定的熱輸入下限高于上限時，應當按上述方法確定的熱輸入下限高于上限時，應考慮采用預熱、緩冷、后熱、焊后熱處理等工藝措施?？紤]采用預熱、緩冷、后熱、焊后熱處理等工藝措施。p.1第五節(jié)第五節(jié) 常用的金屬焊接性試驗方法常用的金屬焊接性試驗方法 一一 金屬焊接性間接試驗方法金屬焊接性間接試驗方法 有碳當量法、冷裂敏感指數(shù)法、有碳當量法、冷裂敏感指數(shù)法、SH-CCTSH-CCT圖法、焊

11、接熱圖法、焊接熱模擬試驗法等。模擬試驗法等。 1 1 碳當量法碳當量法 (1) (1) 由國際焊接學會（由國際焊接學會（IIWIIW）推薦的公式）推薦的公式 CECE(IIW)(IIW)= C + Mn= C + Mn /6 +/6 +（CrCr + Mo+V+ Mo+V）/5+/5+（Cu+ NiCu+ Ni）/15/15 適用范圍：中、高強度的非調(diào)質(zhì)低合金高強鋼（強適用范圍：中、高強度的非調(diào)質(zhì)低合金高強鋼（強度為度為 500500900MPa900MPa） 判據(jù)：當判據(jù)：當CECE（IIWIIW） 0.45% 0.45%，且板厚小于，且板厚小于2525時，可不時，可不預熱；當預熱；當CEC

12、E（IIWIIW） 0.41%0.41%，且板厚小于，且板厚小于3737時，可不預熱。時，可不預熱。 p.1（2 2）由美國焊接學會（）由美國焊接學會（AWSAWS）推薦的公式）推薦的公式 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 冷裂敏感指數(shù)法冷裂敏感指數(shù)法 冷裂敏感指數(shù)有冷裂敏感指數(shù)有P PC C 、P PW W 、P PH H 、P PHTHT等。等。 舉例：舉例： 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 化學成分冷裂敏感指數(shù)化學成分冷裂敏感指數(shù) 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 熔敷金屬中擴散氫含量（采用甘油熔敷金屬中擴散氫含量（采用甘油法）法） ml/100gml/100g； 被焊金屬板厚被焊金屬板厚 mmmm；

14、 T To o 預熱溫度預熱溫度 。 p.1二二 工藝焊接性直接試驗法工藝焊接性直接試驗法 在焊接缺陷中，最危險的缺陷是裂紋，因此是考查的重點。在焊接缺陷中，最危險的缺陷是裂紋，因此是考查的重點。（一）焊接冷裂紋敏感性試驗方法（一）焊接冷裂紋敏感性試驗方法 1 1 斜斜Y Y 形坡口焊接裂紋試驗方法（形坡口焊接裂紋試驗方法（GB4675.1-84GB4675.1-84） 可用于評定鋼材的冷裂敏感性，也可用于擬定焊接可用于評定鋼材的冷裂敏感性，也可用于擬定焊接工藝。工藝。 （1 1）制備試樣，如下圖：）制備試樣，如下圖： p.1（2 2）試驗方法）試驗方法 1 1）焊接拘束焊縫。先焊背面，再焊正

15、面，交替）焊接拘束焊縫。先焊背面，再焊正面，交替焊滿坡口。焊滿坡口。 2 2）焊接試驗焊縫。若評定鋼材的冷裂敏感性，）焊接試驗焊縫。若評定鋼材的冷裂敏感性，焊接參數(shù)為：焊接參數(shù)為： I Ig g=170=17010A; U10A; Ug g=24=242V; 2V; 焊速焊速V=150V=15010mm/min; 10mm/min; 焊條直徑焊條直徑44。 若擬定焊接工藝，焊接參數(shù)是調(diào)整的對象。若擬定焊接工藝，焊接參數(shù)是調(diào)整的對象。 p.1 (3) (3) 檢測和計算檢測和計算 試件放置試件放置48h48h后，用眼睛或放大鏡檢查焊接接頭表后，用眼睛或放大鏡檢查焊接接頭表面是否有裂紋。面是否有裂

16、紋。 1 1）表面裂紋率）表面裂紋率C Cf f C Cf f = = （LLf f / L / L） 100% 100% 式中：式中：L Lf f表面裂紋長度之和（表面裂紋長度之和（mm)mm)； L L 試驗焊縫長度試驗焊縫長度( (mm)mm)。 2 2）根部裂紋率）根部裂紋率CrCr 先將試件著色彎斷，檢查焊根處的裂紋。先將試件著色彎斷，檢查焊根處的裂紋。 Cr = (LrCr = (Lr / L) / L)100%100% 式中：式中：LrLr焊根裂紋長度之和（焊根裂紋長度之和（mmmm），見下圖；），見下圖； L L試驗焊縫長度（試驗焊縫長度（mmmm）。）。p.1 3 3 ）斷面

17、裂紋率）斷面裂紋率C Cs s 對試驗焊縫，沿長度方向切取四等份，檢查對試驗焊縫，沿長度方向切取四等份，檢查5 5個斷面的裂紋深度。個斷面的裂紋深度。 C Cs s = ( H= ( Hc c / H ) / H ) 100%100% 式中：式中：H Hc c 斷面裂紋的高度（斷面裂紋的高度（mm),mm),見下圖；見下圖； H H 試驗焊縫的最小厚度（試驗焊縫的最小厚度（mm),mm),見下圖。見下圖。動畫p.1 2 2 插銷冷裂紋試驗方法（插銷冷裂紋試驗方法（GB9446-88)GB9446-88) 該方法是一種定量分析的試驗方法。該方法是一種定量分析的試驗方法。 （1 1）制備試件）制備

18、試件 1 1）插銷試件）插銷試件p.1 2 2）底板）底板 （2 2）裝配試件）裝配試件p.1（3 3）試驗方法）試驗方法 1 1）堆焊焊縫）堆焊焊縫 按選定的焊接參數(shù)堆焊一道長按選定的焊接參數(shù)堆焊一道長100100150mm150mm長的長的焊縫。焊縫。 2 2）施加拉伸靜載荷）施加拉伸靜載荷 當試件冷卻到當試件冷卻到150150時加預選載荷，在時加預選載荷，在100100前前加載完畢。加載完畢。動畫p.1 3 3）保持載荷，并記時。）保持載荷，并記時。 如果保持載荷達到如果保持載荷達到16h16h不斷，此應力為臨界應力不斷，此應力為臨界應力 crcr。試驗結果可畫出曲線。試驗結果可畫出曲線

19、。 判據(jù)：當判據(jù)：當 crcr s s 時，認為工藝安全。時，認為工藝安全。p.1( (二）焊接熱裂紋敏感性試驗方法二）焊接熱裂紋敏感性試驗方法 1 1 壓板對接（壓板對接（FISCO) FISCO) 焊接裂紋試驗方法焊接裂紋試驗方法GB4675.4-84), GB4675.4-84), 可用于評定焊條焊縫的熱裂紋敏感性?？捎糜谠u定焊條焊縫的熱裂紋敏感性。 （1 1）準備試件）準備試件 試件材質(zhì)與焊件相試件材質(zhì)與焊件相 同，采用原板厚，開同，采用原板厚，開 I I形坡口。形坡口。 采用機械加工方法。采用機械加工方法。p.1 （2 2）試驗裝置）試驗裝置p.1 （3 3）試驗步驟）試驗步驟 把試

20、件安裝在把試件安裝在C C形裝置中，調(diào)好坡口間隙。將螺栓形裝置中，調(diào)好坡口間隙。將螺栓旋緊，在水平、垂直方向頂緊試板。用待試焊條焊旋緊，在水平、垂直方向頂緊試板。用待試焊條焊4 4條條長約長約40mm40mm的試驗焊縫。的試驗焊縫。10min10min后，取出試件，沿焊縫彎后，取出試件，沿焊縫彎斷，觀察斷面有無裂紋。斷，觀察斷面有無裂紋。 （4 4）計算裂紋率）計算裂紋率C C C = (l C = (li i / L/ Li i ) ) 100%100% 式中式中：lli i 4 4條試驗焊縫上的裂紋長度之和（條試驗焊縫上的裂紋長度之和（mmmm）；）； LLi i 4 4條焊縫的長度之和（

21、條焊縫的長度之和（mm mm ）。）。p.1 三三 使用焊接性直接試驗方法使用焊接性直接試驗方法 不同產(chǎn)品有不同使用性能要求，共同的性能要求不同產(chǎn)品有不同使用性能要求，共同的性能要求是必需滿足常規(guī)的力學性能要求。是必需滿足常規(guī)的力學性能要求。 （一）焊接接頭常規(guī)力學性能試板制備（一）焊接接頭常規(guī)力學性能試板制備 寬度：應滿足焊接接頭拉伸試樣、彎曲試樣長度要寬度：應滿足焊接接頭拉伸試樣、彎曲試樣長度要求；求； 長度：應滿足制取各種性能試樣以及舍棄部分的要長度：應滿足制取各種性能試樣以及舍棄部分的要求；求； 厚度：為焊件板厚。厚度：為焊件板厚。 p.1 （二）焊接接頭拉伸試（二）焊接接頭拉伸試驗驗

22、 板接頭板形拉伸試板接頭板形拉伸試樣如圖所示，至少樣如圖所示，至少1 1個。個。 按按GB228-87GB228-87金屬金屬拉伸試驗法拉伸試驗法，在拉力，在拉力機上進行。機上進行。p.1 （三）焊接接頭彎曲試驗（三）焊接接頭彎曲試驗 試樣種類和數(shù)量按相關標準制取。如無注明，可試樣種類和數(shù)量按相關標準制取。如無注明，可制取正彎、背彎、側(cè)彎試樣各不少于制取正彎、背彎、側(cè)彎試樣各不少于1 1個，縱彎不少于個，縱彎不少于2 2個。尺寸按個。尺寸按GB2649-89GB2649-89中的規(guī)定。中的規(guī)定。 試驗按試驗按GB232-88GB232-88金屬彎曲試驗法金屬彎曲試驗法，在拉力機，在拉力機上進行

23、。上進行。p.1 （四）焊接接頭沖擊試驗（四）焊接接頭沖擊試驗 試樣尺寸如圖所示：試樣尺寸如圖所示：p.1 缺口按要求可開在焊縫、熔合線或缺口按要求可開在焊縫、熔合線或HAZHAZ，如圖所示。，如圖所示。 沖擊試樣每組沖擊試樣每組3 3個。個。 試驗按試驗按GB2106-80GB2106-80金屬夏比（金屬夏比（V V形缺口）沖擊試形缺口）沖擊試驗方法驗方法和和GB4159-84GB4159-84金屬低溫夏比沖擊試驗方法金屬低溫夏比沖擊試驗方法，在沖擊試驗機上進行。在沖擊試驗機上進行。 （五）其它特殊性能試驗（五）其它特殊性能試驗 如：耐腐蝕性能試驗、高溫性能試驗等。如：耐腐蝕性能試驗、高溫性

24、能試驗等。p.14 4 析因理化試驗析因理化試驗目的：分析影響金屬焊接性的內(nèi)在原因。目的：分析影響金屬焊接性的內(nèi)在原因。 主要包括：主要包括：（1 1）焊接材料熔敷金屬擴散氫測定試驗；）焊接材料熔敷金屬擴散氫測定試驗；（2 2）焊接接頭金相分析試驗；）焊接接頭金相分析試驗；（3 3）焊接接頭維氏硬度試驗；）焊接接頭維氏硬度試驗；（4 4）化學成分分析試驗；）化學成分分析試驗；（5 5）焊接接頭斷口分析試驗。）焊接接頭斷口分析試驗。p.1( (一）焊接材料熔敷金屬擴散氫測定試驗一）焊接材料熔敷金屬擴散氫測定試驗 試驗方法有甘油法、水銀法、色譜法等，常用的試驗方法有甘油法、水銀法、色譜法等，常用的是甘油法。是甘油法。 1 1 甘油法試驗原理：甘油法試驗原理： 焊接試樣，利用儀器收焊接試樣，利用儀器收集從試樣擴散出來的氫氣。集從試樣擴散出來的氫氣。 2 2 測定裝置：如圖所示。測定裝置：如圖所示。 3 3 試樣：焊條電弧焊：試樣：焊條電弧焊： 10010025251212mmmm