焊接基礎(chǔ)知識

焊接基礎(chǔ)知識第一頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日中國石化第四建設(shè)公司金屬焊接性：金屬材料在限定的施工條件下，焊接成規(guī)定設(shè)計要求的構(gòu)件，并滿足預(yù)定服役要求的能力。即材料對焊接加工的適應(yīng)性和使用的可靠性。焊接性可分為工藝焊接性和使用焊接性。工藝焊接性，是指在一定焊接工藝條件下,能否獲得優(yōu)質(zhì)、無缺陷的焊接接頭的能力。對于一般熔焊焊接來講,焊接過程都要經(jīng)歷加熱熔化、冶金反應(yīng)和隨后冷卻過程。工藝焊接性又分為"熱焊接性"和"冶金焊接性"第二頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日熱焊接性是指焊接熱過程對焊接熱影響區(qū)組織性能及產(chǎn)生缺陷的影響程度,它用于評定被焊金屬對熱作用的敏感性(晶粒長大及組織性能變化等)。主要與被焊材質(zhì)及焊接工藝條件有關(guān)。冶金焊接性是指冶金反應(yīng)對焊縫性能和產(chǎn)生缺陷的影響程度,它包括合金元素的氧化、還原、蒸發(fā)及氫、氧、氮的溶解等對氣孔、夾雜、裂紋等缺陷的敏感性,這些是影響焊縫金屬化學(xué)成分和組織性能的重要方面。第三頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日使用焊接性是指焊接接頭或整體結(jié)構(gòu)滿足各種使用性能的程度,其中包括常規(guī)的力學(xué)性能、低溫韌性、抗脆斷性能、高溫蠕變、疲勞性能、持久強(qiáng)度,以及抗腐蝕性能等?？傊?結(jié)構(gòu)的使用條件甚為復(fù)雜、苛刻，所要求的焊接接頭性能也各有不同。因此，焊接技術(shù)必須滿足不同使用條件下各種性能的要求。影響焊接性的因素,歸納為材料、設(shè)計、工藝和服役條件等四個因素。材料因素對鋼來講,有鋼的化學(xué)成分、冶煉軋制狀態(tài)、熱處理條件、組織狀態(tài)和力學(xué)性能等。第四頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日其中化學(xué)成分(包括雜質(zhì)的分布)是主要的影響因素。對于焊接性影響較大的有C、S、P、O、H和N等，為提高鋼的某種性能加入一些合金元素，如Mn、Si、Cr、Ni、V、Mo、Ti、Nb、Cu、B和稀土等,但卻不同程度地增大了鋼的淬硬傾向和焊接裂紋的敏感性。設(shè)計因素是指焊接結(jié)構(gòu)和接頭的型式、接口斷面的過渡、焊縫的位置，以及某些部位焊縫的集中程度造成多向應(yīng)力的狀態(tài)等。工藝因素包括施工的焊接方法（如焊條電弧焊、自動埋弧焊、氣體保護(hù)焊、電渣焊、窄間隙焊等）、焊接工藝參數(shù)(如焊接熱輸入、焊接材料、預(yù)熱、后熱、焊接順序等)和焊后熱處理等，這些都會影響焊接性。第五頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日服役條件因素是指焊接結(jié)構(gòu)的工作溫度、受載類別（動載、靜載、沖擊、高速等）和工作環(huán)境（化工區(qū)、沿海及腐蝕介質(zhì)等）。一般來講，環(huán)境溫度越低，鋼結(jié)構(gòu)越易發(fā)生脆性破壞。評定焊接性的方法分為直接試驗和間接試驗兩種類型。第六頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日對于新材料、新工藝、新方法必須先進(jìn)行焊接性分析及試驗再熱裂紋試驗焊接性試驗方法分類使用焊接性工藝焊接性直接法焊接熱裂紋試驗焊接冷裂紋試驗層狀撕裂試驗熱應(yīng)變時效脆化試驗焊接氣孔敏感性試驗間接法由碳當(dāng)量推測焊接性裂紋敏感指數(shù)及臨界應(yīng)力裂紋敏感性的臨界冷卻時間連續(xù)冷卻組織轉(zhuǎn)變圖斷口分析及金相組織分析焊接熱影響區(qū)最高硬度焊接熱、力模擬試驗等焊接專家系統(tǒng)、仿真系統(tǒng)直接法實際產(chǎn)品結(jié)構(gòu)運行的服役試驗壓力容器的爆破試驗間接法焊縫及接頭的常規(guī)力學(xué)性能試驗焊縫及接頭的低溫脆性試驗焊縫及接頭的斷裂韌性試驗焊縫及接頭的高溫性能試驗（蠕變、持久等）焊縫及接頭的疲勞、動載試驗焊縫及接頭的抗腐蝕性、耐磨性及應(yīng)力腐蝕開裂試驗第七頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日1．碳當(dāng)量法碳當(dāng)量法是一種古老的評定鋼的焊接性的方法。它是把鋼中各種化學(xué)成分對鋼的強(qiáng)化或硬化的影響折算成碳的影響來進(jìn)行分析的方法。目前用于評定鋼的焊接性的碳當(dāng)量計算公式很多,其中應(yīng)用比較多的有以下幾個：碳當(dāng)量公式國際焊接學(xué)會（IIW）碳當(dāng)量公式：

CE（﹪）＝C＋Mn/6＋（Cr＋Mo＋V）/5

＋（Cu＋Ni）/15這個公式可應(yīng)用于σb=500MPa~600MPa級的非調(diào)質(zhì)高強(qiáng)鋼。當(dāng)CE（IIW）小于或等于0.45%時，焊接厚度小于25mm的板可不預(yù)熱；當(dāng)CE（IIW）小于0.41%和碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.207%時,小于37mm厚的板可不預(yù)熱。第八頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日工藝焊接性的直接試驗方法本節(jié)中的五個焊接裂紋試驗是國內(nèi)、外最常用的焊接性試驗方法,也是到目前為止已納入國家標(biāo)準(zhǔn)的全部焊接裂紋試驗。

1．斜y形坡口焊接裂紋試驗方法本試驗方法是在工程中應(yīng)用最廣泛的一種焊接裂紋試驗,又稱作小鐵研式裂紋試驗。（2）適用范圍本試驗方法所產(chǎn)生的裂紋多出現(xiàn)在焊根尖角處的熱影響區(qū)。當(dāng)焊縫金屬的抗裂性能不好時,裂紋可能擴(kuò)展到焊縫金屬,甚至貫穿至焊縫表面。裂紋可能在焊后立即出現(xiàn),也可能在焊后數(shù)分鐘乃至數(shù)小時后才開始出現(xiàn)。因此,本試驗方法主要適合于鋼材焊接接頭熱影響區(qū)的冷裂紋試驗,也可作為母材和焊條組合的裂紋試驗。3）試件尺寸試件尺寸如圖3一6所示.試件的厚度不作限制,一般常用厚度為9~38mm。為了模擬實際結(jié)構(gòu)的拘束狀況和焊接區(qū)的焊接熱循環(huán),通常采用和實際結(jié)構(gòu)相同的板厚進(jìn)行試驗。第九頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日圖3-6斜Y形試件的形狀和尺寸第十頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日（4）試件制備

1)加工為避免試件間隙的波動以及氣割表面硬化層等問題,坡口只準(zhǔn)用機(jī)械方法加工。

2)組裝按圖3－6組裝試件，焊接試驗部位用2mm的塞片插入,焊完拘束焊縫后拆除塞片(見圖3－7)。

3)拘束焊縫的焊接一般采用直徑φ4mm或φ5mm的低氫型焊條焊接。采用對稱焊接,防止角變形和未焊透。

4)坡口的清理采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄈコ驴谥車乃帧⒂臀酆丸F銹。第十一頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日（5）焊接試驗1)焊條使用符合國標(biāo)規(guī)定的并與試驗鋼材相匹配的焊條進(jìn)行試驗。焊前應(yīng)按焊條使用說明或試驗要求烘干。2)焊接采用焊條電弧焊或采用焊條自動送進(jìn)裝置焊接時,推薦采用下列焊接工藝參數(shù)試驗:

焊條直徑4mm;焊接電流170±10A;電弧電壓24土2V;焊接速度150±l0mm/min.3)裂紋檢測焊后48h進(jìn)行裂紋檢測和解剖。表面裂紋用肉眼或磁粉檢測、滲透檢測等檢查;斷面裂紋應(yīng)先用機(jī)械方法制取斷面試樣,研磨腐蝕后用20~30倍的顯微鏡檢測。第十二頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日（6）裂紋率的計算方法1）統(tǒng)計方法裂紋的長度或高度按圖3－10進(jìn)行檢測，裂紋長度為曲線形狀（見圖3－10a）時，按直線長度檢測，裂紋重疊時不必分別計算。第十三頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日第十四頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日（8）試驗的應(yīng)用準(zhǔn)則由于斜y形坡口焊接裂紋試驗接頭的拘束度很大,根據(jù)理論和實際測定達(dá)1150δN／mm2大大超過一般的實際對接接頭的拘束度;而且試件坡口為斜y形,應(yīng)力集中很大,所以試驗條件比較苛刻。一般認(rèn)為在這種試驗中若裂紋率不超過20%,那么在焊接實際結(jié)構(gòu)時就不致發(fā)生裂紋,因此可以做為初定實際結(jié)構(gòu)焊接工藝參數(shù)的參考依據(jù)。對于拘束度較大的實際焊接接頭,也可以裂紋率為0時的試驗工藝參數(shù)做為實際結(jié)構(gòu)的參考焊接工藝參數(shù)。第十五頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日第四節(jié)利用焊接性試驗擬定焊接工藝的基本思路一焊接工藝

在GB1T3375-1994《焊接術(shù)語》中下的定義是：焊接工藝是制造焊件所有關(guān)的加工方法和實施要求。包括：

1焊前準(zhǔn)備

2選擇焊接方法

3選擇焊接材料

4選擇焊接參數(shù)：例如：焊接電流、電弧電壓、焊接速度等。

5制定工藝措施：例如：預(yù)熱、焊后緩冷、焊后熱處理、焊后去氫處理等。

6制定操作要求

第十六頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日二擬定焊接工藝的基本思路

1選擇焊接方法依據(jù)：a被焊材料的種類；

b焊接產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點；

c生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本。2選擇焊接材料依據(jù)：a被焊材料的化學(xué)成分或力學(xué)性能；

b產(chǎn)品的工作條件和使用性能要求；

c焊件剛性的大小、幾何形狀的復(fù)雜程度；

d焊接施工條件；

f勞動生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)合理性。

第十七頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日3選擇焊接參數(shù)（1）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)。（2）利用直接的焊接性試驗方法對初步擬定的焊接參數(shù)進(jìn)行檢驗和調(diào)整。

a利用工藝焊接性試驗（焊接冷裂紋敏感性試驗）確定熱輸入