第2章 材料焊接性及其评定
材料焊接性第2章 焊接性及其试验评定
2.2.2 评定焊接性的原则
原则 主要 包括
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
评定焊接接头能否满足结 构使用性能的要求
选择已有的或设计新 的焊接性试验方法应 符合下述的原则：
可比性 针对性 再现性 经济性
2.2.3 焊接性评定方法分类
焊接热裂纹试验
使用 焊接性
直接法
焊接冷裂纹试验 再热裂纹试验
5. “小铁研”试验的目的是什么，适用于 何种场合？了解其主要的试验步骤，分 析影响试验结果稳定性的因素有哪些？ 6.为什么可以用热影响区最高硬度来评 价钢铁材料的焊接冷裂纹敏感性 ？焊接 工艺条件对热影响区最高硬度有什么影 响？ 7. 分析如何利用插销试验来确定某种低 合金高强钢所需要的预热温度。 8. 试对比压板对接焊接裂纹试验和可调 拘束裂纹试验的优缺点。
材料焊接性
《材料焊接性》（专科）学案
第一章绪论
二、本章习题
1. 根据本章所述内容，举例说明低合金钢焊接在工程结构中的重要作用。
2.先进材料的发展和应用在工程中越来越受到人们的重视，简述先进材料（如陶瓷、金属间化合物和复合材料等）和金属材料相比，在工程结构中的应用有什么不同？
第2章材料焊接性及其试验方法
1. 了解焊接性的基本概念。什么是工艺焊接性？影响工艺焊接性的主要因素有哪些？
焊接性，是指金属材料在采用一定的焊接工艺包括焊接方法、焊接材料、焊接规范及焊接结构形式等条件下，获得优良焊接接头的难易程度。
工艺焊接性是指在一定焊接工艺条件下，获得优质、无缺陷的焊接接头的能力。
影响因素：材料因素、工艺因素、结构因素、使用条件。
2. 什么是热焊接性和冶金焊接性，各涉及到焊接中的什么问题？
冶金焊接性指在熔焊高温下的熔池金属与气象熔渣等相互之间繁盛化学冶金反映所引起的焊接变化
3. 举例说明有时工艺焊接性好的金属材料使用焊接性不一定好。
工艺焊接性是指影响焊接操作的焊接性能，如电弧的稳定性、焊缝的成形性、脱渣性、飞溅大小及发尘量等。而使用焊接性则是指焊件需满足的使用要求，如接头的力学性能、物理性能及化学性能要求。
有时，工艺焊接性好的材料如果焊接材料选择不当，其使用性能就不一定好：例如不锈钢焊接，若使用普通结构钢焊条焊接，其工艺焊接性很好，即焊接过程很顺利，但是，焊缝不耐腐蚀，就不能满足不锈钢焊件的使用要求，因此焊接接头是不合格的。
金属材料使用性能主要指力学性能，即金属材料在外力作用下表现出来的各种特性，如弹性、塑性、韧性、强度、硬度等。
材料焊接性复习总结h
第2章焊接性及其试验评定
2.1焊接性及其影响因素
2.1.1焊接性概念
概念：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。
工艺焊接性：结合性能，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。
使用焊接性：使用性能，指一定的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。
分析焊接性问题必须联系工艺条件和使用性能
2.1.2影响焊接性的因素
影响因素：
材料因素（化学成分，状态，性能）、设计因素（接头的应力状态，能否自由变形）、工艺因素（焊接方法和工艺措施）、服役因素（服役温度、服役介质、载荷性质）
2.2焊接性试验的内容
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（结晶裂纹、液化裂纹、多变化裂纹；原因：低熔点共晶；热应力影响因素：合金状态图类型及结晶温度；合金元素；力学因素）
（2）焊缝及热影响区抵抗产生冷裂纹的能力（原因：焊接热循环（接头存在淬硬组织）、焊接应力、扩散氢；影响因素：淬硬倾向（M，晶格畸变），氢致开裂（延迟裂纹），拘束应力）（3）焊接接头抗脆性断裂的能力（原因：接头脆性组织、硬脆非金属夹杂物、时效脆化、冷作硬化；影响因素：冶金反应、热循环、结晶）
（4）焊接接头的使用性能（力学性能：强度、塑性、韧性；特殊性能：腐蚀，低温冲击韧性，高温蠕变强度，厚钢板的层状撕裂、低合金钢的应力腐蚀）
2.2.2 评定焊接性的原则
一是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；二是评定焊接接头能否满足结构使用性能的要求。
材料焊接性复习总结
第2章焊接性及其试验评定
2.1焊接性及其影响因素
2.1.1焊接性概念
概念：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。
工艺焊接性：结合性能，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。
使用焊接性：使用性能，指一定的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。
2.1.2影响焊接性的因素
影响因素：
材料因素、设计因素、工艺因素、服役因素
2.2焊接性试验的内容
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（2）焊缝及热影响区抵抗产生冷裂纹的能力（3）焊接接头抗脆性断裂的能力（4）焊接接头的使用性能
2.3焊接性的评定及试验方法
2.3.1焊接性的间接评定
（1）碳当量法（2）焊接冷裂纹敏感指数法（3）热裂纹敏感性指数法（4）消除应力裂纹敏感性指数法（5）层状撕裂敏感性指数法（6）焊接热影响区最高硬度法
2.3.2焊接性的直接试验方法
（1）焊接冷裂纹试验方法（2）焊接热裂纹试验方法（3）焊接消除应力裂纹试验方法（4）层状撕裂试验方法
第3章合金结构钢的焊接
3.2热轧及正火钢的焊接
3.2.2热轧及正火钢的焊接性
（1）冷裂纹及影响因素
a.淬硬倾向与冷裂倾向的关系
热轧钢含c量不高，但含有少量的合金元素，这类钢的淬硬倾向比低碳钢的淬硬倾向大，并且随着钢材强度级别的提高淬硬倾向逐渐增大。
正火钢的强度级别较高，合金元素含量较多，高温转变区较稳定，焊接冷却下来很易得到贝氏体和马氏体。因此，其冷裂纹倾向随着强度级别的提高而增大。
b.碳当量与冷裂纹倾向的关系
焊接冶金学-材料焊接性-课后答案-李亚江版
焊接冶金学材料-焊接性课后习题答案
第一章：概述
第二章：焊接性及其实验评定
1.了解焊接性的基本概念。什么是工艺焊接性？影响工艺焊接性的主要因素有哪些？
答：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。影响因素：材料因素、设计因素、工艺因素、服役环境。
第三章：合金结构钢
1．分析热轧钢和正火钢的强化方式和主强化元素又什么不同，二者的焊接性有何差异？在制定焊接工艺时要注意什么问题？
答：热轧钢的强化方式有：〔1〕固溶强化，主要强化元素：Mn，Si。〔2〕细晶强化，主要强化元素：Nb,V。〔3〕沉淀强化，主要强化元素：Nb,V.；正火钢的强化方式：〔1〕固溶强化，主要强化元素：强的合金元素〔2〕细晶强化，主要强化元素：V,Nb,Ti,Mo〔3〕沉淀强化，主要强化元素：Nb,V,Ti,Mo.；焊接性：热轧钢含有少量的合金元素，碳当量较低冷裂纹倾向不大，正火钢含有合金元素较多，淬硬性有所增加，碳当量低冷裂纹倾向不大。热轧钢被加热到1200℃以
上的热影响区可能产生粗晶脆化，韧性明显降低，而是、正火钢在该条件下粗晶区的V析出相基本固溶，抑制A长大及组织细化作用被削弱，粗晶区易出现粗大晶粒及上贝、M-A等导致韧性下降和时效敏感性增大。制定焊接工艺时根据材料的结构、板厚、使用性能要求及生产条件选择焊接。
2．分析Q345的焊接性特点，给出相应的焊接材料及焊接工艺要求。
答:Q345钢属于热轧钢，其碳当量小于0.4％，焊接性良好，一般不需要预热和严格控制焊接热输入，从脆硬倾向上，Q345钢连续冷却时，珠光体转变右移，使快冷下的铁素体析出，剩下富碳奥氏体来不及转变为珠光体，而转变为含碳量高的贝氏体与马氏体具有淬硬倾向，Q345刚含碳量低含锰高，具有良好的抗热裂性能，在Q345刚中加入V、Nb到达沉淀强化作用可以消除焊接接头中的应力裂纹。被加热到1200℃以上的热影响区过热区可能产生粗晶脆化，韧性明显降低，Q345钢经过600℃×1h退火处理，韧性大幅提高，热应变脆化倾向明显减小。；焊接材料：对焊条电弧焊焊条的选择：E5系列。埋弧焊：焊剂SJ501，焊丝H08A/H08MnA.电渣焊：焊剂HJ431、HJ360焊丝H08MnMoA。CO2气体保护焊：H08系列和YJ5系列。预热温度：100～150℃。焊后热处理：电弧焊一般不进行或600～650℃回火。电渣焊900～930℃正火，600～650℃回火
焊接性试题
第二章焊接性及试验评定
一、名词解释
1.焊接性：
2.结合性能：
3.使用性能：
4.工艺焊接性：
5.使用焊接性：
6.冶金焊接性：
7.热焊接性：
8.再热裂纹：
9.焊接热裂纹：
10.焊接冷裂纹：
11.层状撕裂：。
12.延迟裂纹：
13.碳当量：
14.t8/5：
二、填空题
1.焊接性包括和两个方面的含义。
2.研究焊接性的目的在于查明材料在指定的焊接工艺条件下可能出现的问题，以确定的合理性或材料的。
3金属材料的结合性能和使用性能也分别称为和。
4一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称为材料的，一定的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称为材料的。
5金属或材料在一定的焊接工艺条件下，能否获得优质致密、无缺陷和具有一定使用性能的焊接接头的能力称为材料的。
6焊接接头或整体焊接结构满足技术条件所规定的各种性能的程度称为材料的。7焊接性的评价标准是焊接工艺过程简单而接头，就称为焊接性好。
8分析焊接性问题必须联系和。
9在焊接接头区域，冶金过程主要影响的组织和性能，热过程主要影响的组织和性能。
10 本身的化学成分和物理性能对热焊接性具有十分重要的意义。
11为了改善热焊接性，除了选择适当母材之外，还要正确选定和热输入。
12影响焊接性的因素有、、、。
13影响焊接性的设计因素不但受到材料的影响，而且在很大程度上还受到的影响。14影响焊接性的工艺因素包括施工时所采用的、焊接工艺规程和焊后等。15影响焊接性的材料因素包括和使用的。
16设计结构时应使接头处的应力处于的状态，能够自由收缩，这样有利于减小应力集中和防止焊接裂纹。
焊接性及其试验评定
工艺措施对防止焊接缺陷，提高接头使用 性能有重要的作用。最常见的工艺措施是 焊前预热、缓冷和焊后热处理。
4．服役环境
焊接结构的服役环境多种多样，如工作温 度高低、工作介质种类及辐射等都属于环 境条件。高温工作的焊接结构，要求材料 具有足够的高温强度，良好的化学稳定性； 常温下工作的焊接结构，要求材料在自然 环境下具有良好的力学性能；工作温度低 或载荷为冲击载荷时，要注意材料在最低 环境温度下的性能，尤其是韧性。
图2-3给出的是成分相当于Q295钢热影响区
CCT图的临界冷却曲线和临界冷却时间C’z、 C’f、C’p、C’e。图中的C’z、C’f、 C’p、C’e分别表示从A3温度冷却到500℃
4）模拟应力应变对组织转变及裂纹形成影 响的规律。
例如，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，参照图2-1所示 的焊接消除应力的试验程序进行模拟试验。 先进行峰值温度为1350℃的焊接热循
图2-1 焊后热处理及再热裂纹试验程序 a) 温度循环 b) 应变循环 c) 应力循环
环（包括给定的冷却时间t8/5），当试样冷
硬脆的非金属夹杂物、热应变时效脆化、 冷作硬化等作用的结果，发生所谓的焊接 接头脆性转变。所以焊接接头抗脆性断裂 （或抗脆性转变）的能力也是焊接性试验 的一项内容。
4．焊接接头的使用性能
根据焊接结构使用条件对焊接性提出的性 能要求来确定试验内容，包括力学性能和 产品要求的其他使用性能，如不锈钢的耐 腐蚀性、低温钢的低温冲击韧性、耐热钢 的高温蠕变强度或持久强度等。
焊接性及其试验评定
焊接性的间接评定
6.热影响区最高硬度法
试样形状
测定硬度位置
焊接性的间接评定
焊接性直接试验方法
1.焊接冷裂纹试验方法
焊接性直接试验方法
（1）斜Y形坡口对接裂纹试验方法
试样形状
焊接性直接试验方法
手工电弧焊
埋弧焊
裂纹长度计算
l r 100 % 跟部裂纹率： cr L
断面裂纹率： s C
4.层状撕裂试验方法
（1）Z向拉伸试验
焊接性直接试验方法
（2）Z向窗口试验
裂纹率：
CR
Leabharlann Baidu
l L
100%
焊接性及其试验评定
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、热容
2.利用化学性能分析
材料与气体和熔渣的反应
3.利用SHCCT图---焊接连续冷却转变图 4.利用经验公式
碳当量、热影响区最高硬度值、焊接裂纹敏感指数
850 ℃
短道焊 (℃)
℃
MA
2
SA
3 4
焊接性的间接评定
H s 100 % H
焊接性直接试验方法
2.焊接热裂纹试验方法
焊接性直接试验方法
（1）压板对接焊接裂纹试验
焊接性直接试验方法
试板尺寸及裂纹长度计算
第二章 材料焊接性讲解
28
✓ 中碳钢焊接特点：
• 热影响区易产生淬硬组织和冷裂缝
中碳钢属于易淬火钢，HAZ被加热超过淬火温度的区 段时，受工件低温部分的迅速冷却作用，将出现M等淬硬组 织。刚性较大或工艺不恰当时，焊接接头焊后冷却到相变 温度以下或常温后产生冷裂纹。
7
（2）影响焊接性的因素：
材料（母材和焊材的化学成份和性能等） 例如：碳及合金元素含量增加使焊接区容易开裂 工艺设计（焊接方法、焊接工艺、结构） 例如：活泼性Ti采用氩弧焊焊接性好、结构设计时注 意减少焊接缺陷、多向应力和应力集中 服役环境（工作温度、环境和负荷等） 例如：工作温度高时，可能产生蠕变；工作温度低或 载荷为冲击载荷时，容易发生脆性破坏；工作介质有 腐蚀性时，接头要求具有耐腐蚀性。使用条件越不利， 焊接性就越不易保证。
接
头
十字接头
形 式
角接接头
圆筒结构
结
球形结构
构
管结构
搭接接头
类
平板结构
型
框架结构
堆焊
装配结构
10
③ 工艺因素如：熔焊方法
手工电弧焊 自动埋弧焊
MIG/MAG
TIG
熔
等离子弧焊
焊
气电立焊
方
自保护电弧焊
焊接材料及工艺焊接性及其试验评定
3
焊接性
▪工艺焊接性（结合性能）
▪在一定工艺条件下能否获得优 质无缺陷的焊接接头的能力
▪使用焊接性（使用性能）
▪焊接接头或者说整体结构满足 某种使用要求的能力
4
2 冶金焊接性和热焊接性（问 题角度不同）
冶金过程、热过程 冶金焊接性 热焊接性
思考：如何改善冶金焊接性和热焊接性？
17
2.实焊类方法 小型焊接构件直接产品试验 大型构件，焊接特定试样，进行比对。 冷裂纹 热裂纹 消除应力 层状撕裂 应力腐蚀裂纹
18
3.理论分析和计算类方法 利用物理性能 利用化学性能 利用相图或SHCCT图 利用经验公式
19
模拟焊接热影响区连续冷却转变图是模拟焊接热影响区金属某一点处的焊接热循环所测 定的连续冷却转变图。它是表征钢材焊接热影响区某一点(以熔合线附近为主〕的金属， 在连续冷却条件下组织开始转变和转变终了的温度、时间、转变产物(组织)、室温硬度与 冷却速度之间的曲线图谱。典型的热影响区连续冷却转变图如图1-51所示。图1-51中A区 为奥氏体组织，F为铁素体转变区，P为珠光体转变区，ZW为中间组织(贝氏体类组织)转 变区，M为马氏体转变区；f-g、p-q、e-s、z-f-p-e、p-e、d-z-h、z-h、Mf表示各类组织开始 转变和转变终了的曲线；R1- R2为连续冷却曲线。分别表示以A3作为时间计算起点的不 同冷却过程；两类曲线交点处的数字表示在该冷却条件下形成的组织在金属中所占的百 分比(体积比)；注在各条冷却曲线末端的数字，则表示在该冷却条件下的金属在室温下20的 平均维氏硬度。
焊接性及其试验评定：1.焊接：通...
焊接性及其试验评定：1.焊接：通...
焊接性及其试验评定：
1.焊接：通过加热或加压，加或不加填充材料，使两个物体进行原子间的结合形成不可分割的整体的工艺过程。
2.焊接性：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。
3.影响焊接性的四大因素是：材料，设计，工艺及服役环境。
4.评定焊接性的原则，主要包括：①评定焊接接头产生工艺缺陷的倾向，为制定合理焊接工艺提供依据；②评定焊接接头能否满足结构使用性能的要求；设计新的焊接试验方法就符合下述原则：可比性，针对性，再现性和经济性。
5.碳当量：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纹倾向的参数指标。
6.斜Y型坡口对接裂纹试验：目的是主要用于鉴定低合金高强钢第一层焊缝和HAZ形成冷裂纹倾向，也可用于拟定焊接工艺。
1）试件制备，被焊钢材板厚δ=9-38mm。对接接头坡口用机械方法加工，试板两端各在60mm范围内施焊拘束焊缝，采用双面焊。注意防止角变形和未焊透。保证中间待焊试样焊缝处有2mm间隙。
2）试验条件：试验焊缝选用的焊条就与母材相匹配，所用焊条应严格烘干，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。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）检测与裂纹条率计算。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。一般认为低合金钢“小铁研”试验表面裂纹率小于20%时，一般不产生裂纹。
材料焊接性第2章
2．设计因素 对体积和重量有要求的焊接结构，设计中 应选择比强度较高的材料，如轻合金材料， 以达到缩小体积、减轻重量的目的。对体 积和重量无特殊要求的焊接结构，选用强 度等级较高的材料也有其技术经济意义， 不仅可减轻结构自重，节约大量钢材和焊 接材料。 焊接接头的结构设计会影响应力状态，设 计结构时应使接头处的应力处于较小的状 态，能够自由收缩，这样有利于减小应力 集中和防止焊接裂纹。
从理论上分析，任何金属或合金，只要在 熔化后能够互相形成固溶体或共晶，都可 以经过熔焊形成接头。同种金属或合金之 间可以形成焊接接头，一些异种金属或合 金之间也可以形成焊接接头，但有时需要 通过加中间过渡层的方式实现焊接。 2．冶金焊接性和热焊接性 对于熔焊来说，焊接过程一般包括冶金过 程和热过程这两个必不可少的过程。在焊 接接头区域，冶金过程主要影响焊缝金属 的组织和性能，而热过程主要影响热影响 区的组织和性能。
Hale Waihona Puke Baidu
图2-3给出的是成分相当于Q295钢热影响区 CCT图的临界冷却曲线和临界冷却时间C’z、 C’f、C’p、C’e。图中的C’z、C’f、 C’p、C’e分别表示从A3温度冷却到500℃ 开始出现中间组织、铁素体、珠光体，以 及仅得到铁素体和珠光体组织的临界冷却 时间（s）。C’z、C’f、C’p、C’e分别 是由通过z、f、p、e点的临界冷却曲线与 500℃等温线的交点Cz、Cf、Cp、Ce向时间 坐标轴投影得到的时间值。只要知道在实 际焊接过程中热影响区所要研究
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焊接性复习整理
第二章焊接性及其试验评定
焊接性概念：金属是否能适应焊接加工而形成完整的，具有一定使用性能的焊接接头的特性。其有两个方面：（1）经受焊接加工后对缺陷的敏感性。
（2）焊后接头可靠运行的能力。
焊接性的评定及试验方法
（1）直接法：
焊接冷裂纹试验方法
①斜Y坡口对接裂纹敏感性试验（小铁研）：
用于评定低合金结构钢焊缝及热影响区德冷裂纹敏感性。
注意点：1、焊缝不得与拘束焊缝相逢
2、焊完后至少放置24小时
②TRC试验和RRC试验：
可以定量的分析低合金钢产生冷裂纹的各种因素，适用于大型试板定量评定冷裂纹的敏感性，结果常与插销试验一样。
③刚性固定对接裂纹试验：
用于测定焊缝的冷裂纹和热裂纹倾向，也可以用于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。
④窗行拘束裂纹试验：
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。
⑤插销试验方法：（作业题）
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。
怎么确定预热温度：
插销试验试样分别在不预热，预热100,150,200,250等条件下进行，根据临界开裂应力δcr 与预热温度的关系曲线，即可确定预热温度。
焊接热裂纹试验方法
①压板对接（FISCO）焊接裂纹试验：
主要用于评定低合金钢焊缝金属的热裂纹敏感性，也可以做钢材与焊条匹配的性能试验。②可调拘束裂纹试验：
主要用于评定低合金钢各种热裂纹（结晶、液化裂纹等）敏感性。
焊接消除应力裂纹试验方法
①插销式消除应力裂纹试验法
②H形拘束试验
层状撕裂裂纹试验方法
①Z向拉伸试验
②Z向窗口试验
材料焊接性(专)--学案
《材料焊接性》（专科）学案
课程名称:材料焊接性
考核方式：过程性考核，学生根据学案学习完每章节内容后，完成每章节练习题，并在期末考试期间上交完成的学案。
第一章绪论
一、本章内容概述
1. 明确本课程学习要求、目的、任务以及在专业教学中的地位和作用；
2. 介绍材料焊接性、工艺和焊接研究方面的现状及发展。
二、本章习题
1. 根据本章所述内容，举例说明低合金钢焊接在工程结构中的重要作用。
2.先进材料的发展和应用在工程中越来越受到人们的重视，简述先进材料（如陶瓷、金属间化合物和复合材料等）和金属材料相比，在工程结构中的应用有什么不同？
第2章材料焊接性及其试验方法
一、本章内容概述
本课程的性质以及学习的任务、要求和学习方法；材料焊接性概念；如何分析材料的焊接性；选择或制定焊接性试验方法的原则；常用的焊接性试验方法。
二、学习目标
1. 了解材料焊接性的概念、影响因素和如何分析材料的焊接性；
2. 了解焊接性试验的内容和基本试验方法；
3. 熟悉最常用的焊接性试验方法。
三、重点难点
焊接性概念及分析方法；斜Y形坡口对接裂纹试验（小铁研试验）。
四、本章习题
1. 了解焊接性的基本概念。什么是工艺焊接性？影响工艺焊接性的主要因素有哪些？
2. 什么是热焊接性和冶金焊接性，各涉及到焊接中的什么问题？
3. 举例说明有时工艺焊接性好的金属材料使用焊接性不一定好。
第3章低合金结构钢的焊接
一、本章内容概述
低合金结构钢的分类和应用范围；热轧及正火钢典型钢种成分性能、焊接性及焊接工艺特点；低碳调质钢典型钢种的成分、性能、焊接性及焊接工艺特点；中碳调质钢典型钢种的成分性能、焊接性分析及焊接工艺特点；珠光体耐热钢、低温钢、低合金耐蚀钢的焊接工艺特点。
焊接性及其评定
刚性固定对接试验法
先加工出一个厚度大于40 mm的方 先加工出一个厚度大于40 mm的方 形刚性底板，边长由焊接方法确定( 形刚性底板，边长由焊接方法确定(焊 条电弧焊时为300 mm，埋弧焊时为400 条电弧焊时为300 mm，埋弧焊时为400 mm)。 mm)。
再将待试焊接性的钢材按实际产 品厚度加工出两块长方形试板， 品厚度加工出两块长方形试板，按规 定开出坡口后， 定开出坡口后，如图将试板焊在刚性 底板上： 底板上：
焊接性包括两个方面： 焊接性包括两个方面：
一是工艺焊接性 主要是指焊接接头产生工艺缺陷的倾向，尤其是出现各种裂 主要是指焊接接头产生工艺缺陷的倾向， 纹的可能性； 纹的可能性； 二是使用焊接性 主要是指焊接接头在使用中的可靠性， 主要是指焊接接头在使用中的可靠性，包括焊接接头的力学 性能及其它特殊性能(如耐热、耐蚀性能等) 性能及其它特殊性能(如耐热、耐蚀性能等)。
碳钢及低合金结构钢的碳当量经验公式为： 碳钢及低合金结构钢的碳当量经验公式为：
式中ω(C)、ω(Mn)、ω(Cr)、ω(Mo)、ω(V)、ω(Ni)、ω(Cu)为 、 式中 、 、 、 、 、 为 钢中相应元素的质量百分数。 钢中相应元素的质量百分数。
根据经验： 根据经验：
ω(C)当量<0.4％ ω(C)当量<0.4％时，钢材塑性良好，淬硬倾向不明显， 当量<0.4 钢材塑性良好，淬硬倾向不明显， 焊接性良好。在一般的焊接工艺条件下，焊件不会产生裂纹。 焊接性良好。在一般的焊接工艺条件下，焊件不会产生裂纹。 但厚大工件或在低温下焊接时，应考虑预热。 但厚大工件或在低温下焊接时，应考虑预热。 ω(C)当量=0.4％～0.6％ ω(C)当量=0.4％～0.6％ 当量=0.4％～0.6 ω(C)当量>0.6％ 当量>0.6 ω(C)当量>0.6％
材料焊接性—每章总结
《焊接冶金学——材料焊接性》总结
第一章：概述
1. 常见的焊接方法的工作原理及其特点
(1) 手工焊条电弧焊接：
工作原理：手工电弧焊由焊接电源、焊接电缆、焊钳、焊条、焊件、电弧构成回路，焊接时
电弧在焊条与被焊件之间燃烧, 电弧热使工件和焊条同时熔化成熔池，焊条的药皮熔化或燃烧, 产生渣气，保护熔池；当电弧向前移动时, 熔池冷却凝固而新的熔池不断产生, 形成连续的焊缝。
优点：设备简单，操作灵活，适应性强。
缺点：生产效率低，劳动强度大，对焊工要求高，质量不易保证。
(2)埋弧自动焊接
工作原理：焊接动作由机械装置自动完成，电弧在颗粒状焊剂层下燃烧，连续送进的焊丝在焊剂覆盖下和母材、焊剂一起熔化，形成焊缝的一种方法。
优点：生产效率高，焊缝质量稳定，节能，劳动条件好
缺点：无法进行立焊、横焊或仰焊；灵活性较差，无法焊接不规则焊缝；无法焊接1mm以下的薄板。
(3) 非熔化极氩弧焊：
工作原理：以非熔化极（钨极）作为电极，工件作为另一个电极，电弧在非熔化极和工件之间燃烧，使焊材及母材熔化成液态形成熔池，同时外加惰性气体作为电弧介质并保护电弧及焊接区的一种焊接方法。
优点：氩气保护，可焊接易氧化、氮化、化学活泼性强的有色金属、不锈钢和各种合金；
钨极电弧稳定，可焊接薄件；焊缝成分可控，无飞溅，成形美观。
缺点：焊缝厚度浅，熔敷速度小，生产率较低；钨极承载电流的能力较差，过大的电流会引起钨极熔化和蒸发，其微粒有可能进入熔池，造成污染（夹钨）；惰性气体（氩气、氦气）
气体保护焊等）相比，生产成本较高。
较贵，和其它电弧焊方法（如手弧焊、埋弧焊、CO
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左图13 叶片转轮； 图3 世界最大的三峡水轮机转轮 （左图13 叶片转轮； 右图：15叶片转轮 叶片转轮） 右图：15叶片转轮）
1．工艺焊接性和使用焊接性
结合 性能 焊接性 使 用 焊 接 性
工艺焊接性
充分 理解
使用 性能
2．冶金焊接性和热焊接性
冶金 焊接性
冶金焊接性是指熔焊高温下的熔池 金属与气相、 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。 学冶金反应所引起的焊接性变化。
一是材料在焊接加工中是否容易 形成接头或产生缺陷； 形成接头或产生缺陷； 二是焊接 完成的接头在一定的使用条件下 可靠运行的能力。 可靠运行的能力。
图1 “神舟”5号发射（左）“神舟”5号飞船返回舱（右） 神舟” 号发射（ 神舟” 号飞船返回舱（ 神舟
神舟” 号发射（ 神舟” 号飞船返回舱（ 图2 “神舟”6号发射（左）“神舟”6号飞船返回舱（右） 神舟
金属材料
2.2.2 评定焊接性的原则
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 评定焊接接头能否满足结 构使用性能的要求 可比性 针对性 再现性 经济性
原则 主要 包括
选择已有的或设计新 的焊接性试验方法应 符合下述的原则： 符合下述的原则：
2.2.3 焊接性评定方法分类
焊接热裂纹试验 焊接冷裂纹试验 再热裂纹试验
直接法 使用 焊接性
层状撕裂试验 热应变时效脆化试验 焊接气孔敏感性试验 由碳当量推测焊接性 裂纹敏感指数及临界应力 裂纹敏感性的临界冷却时间
间接法
连续冷却组织转变图 断口分析、 断口分析、金相组织分析
焊接性 试验方法
直接法 工艺 焊接性 间接法
焊接热影响取最高硬度 焊接热、 焊接热、力模拟试验 焊接专家系统、 焊接专家系统、仿真系统等 实际产品结构运行的服役试验 压力容器的爆破试验 焊缝及接头的常规力学性能试验 焊缝及接头的低温脆性试验 焊缝及接头的断裂韧性试验 焊缝及接头的高温性能试验 焊缝及接头的疲劳、 焊缝及接头的疲劳、动载试验 焊缝及接头的抗腐蚀性、耐磨性试验 焊缝及接头的抗腐蚀性、 应力腐蚀开裂试验
常用焊接性试验方法
碳当量的间接估测法 插销试验法 斜Y形坡口裂纹试验法 可调拘束裂纹试验法
1. 了解焊接性的基本概念。什么是工艺 了解焊接性的基本概念。 焊接性？ 焊接性？影响工艺焊接性的主要因素有 哪些？ 哪些？ 2. 什么是热焊接性和冶金焊接性，各涉 什么是热焊接性和冶金焊接性， 及到焊接中的什么问题？ 及到焊接中的什么问题？ 3.举例说明有时工艺焊接性好的金属材 举例说明有时工艺焊接性好的金属材 料使用焊接性不一定好。 料使用焊接性不一定好。 4.碳当量公式和冷裂纹敏感性指数有什 碳当量公式和冷裂纹敏感性指数有什 么意义？是根据什么原理建立起来的,各 么意义？是根据什么原理建立起来的 各 适用于何种材料？ 适用于何种材料？在应用中应该注意什 么问题？ 么问题？
第2章 焊接性及其试验评定
为什么要研究材料的焊接性？ 为什么要研究材料的焊接性？
焊接加工
焊接缺陷
焊接 裂纹
气 孔
夹渣 等
2.1 焊接性及影响因素
2.1.1 焊接性概念
焊接性是指同质材料或异质材料在 制造工艺条件下， 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。 整接头并满足预期使用要求的能力。
母材本身和使用的焊接材料， 母材本身和使用的焊接材料，如焊条 电弧焊时的焊条、 电弧焊时的焊条、埋弧焊时的焊丝和 焊剂等。 焊剂等。 ①使接头处的应力处于较小的状态， 使接头处的应力处于较小的状态， 能够自由收缩②避免接头处的缺口 接头处的缺口、 能够自由收缩②避免接头处的缺口、 截面突变、堆高过大、交叉焊缝等。 截面突变、堆高过大、交叉焊缝等。 对于同一种母材， 对于同一种母材，采用不同的焊接方 法和工艺措施， 法和工艺措施，所表现出来的焊接性 有很大的差异。 有很大的差异。 焊接结构的服役环境多种多样， 焊接结构的服役环境多种多样，如工 服役环境多种多样 作温度高低、 作温度高低、工作介质种类及辐射等 都属于环境条件。 都属于环境条件。
热 焊接性
焊接过程中要向接头区域输入很多 热量， 热量，对焊缝附近区域形成加热和 冷却过程， 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， 区的组织性能有很大影响，从而引 起热影响区硬度、韧性Hale Waihona Puke Baidu 起热影响区硬度、韧性、耐蚀性等 的变化。 的变化。
2.1.2 影响焊接性的因素
材料 因素 脆性 特征 工艺 因素 服役 环境
5. “小铁研”试验的目的是什么，适用 小铁研” 小铁研 试验的目的是什么， 于何种场合？了解其主要的试验步骤， 于何种场合？了解其主要的试验步骤， 分析影响试验结果稳定性的因素有哪些？ 分析影响试验结果稳定性的因素有哪些？ 6.为什么可以用热影响区最高硬度来评 为什么可以用热影响区最高硬度来评 价钢铁材料的焊接冷裂纹敏感性 ？焊接 工艺条件对热影响区最高硬度有什么影 响？ 7. 分析如何利用插销试验来确定某种低 合金高强钢所需要的预热温度。 合金高强钢所需要的预热温度。 8. 试对比压板对接焊接裂纹试验和可调 拘束裂纹试验的优缺点。 拘束裂纹试验的优缺点。
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
焊缝金属抵抗产生热裂纹的能力
焊接 性试 验的 内容
焊缝及热影响区抵抗产生冷裂纹 的能力
焊接接头抗脆性断裂的能力
焊接接头的使用性能
表2 - 3
合金结构钢焊接性分析时应考虑的问题
焊接性重点分析的内容 冷裂纹，热裂纹，再热裂纹，层状撕裂(厚大件 厚大件)， 冷裂纹，热裂纹，再热裂纹，层状撕裂 厚大件 ，热影响区 热轧及正火钢 脆化(正火钢 正火钢) 脆化(正火钢) 合 冷裂纹，根部裂纹，热裂纹(含 ，热影响区脆化， 金 低碳调质钢 冷裂纹，根部裂纹，热裂纹 含 Ni 钢)，热影响区脆化，热 结 影响区软化 构 中碳调质钢 热裂纹，冷裂纹，热影响区脆化，热影响区回火软化 热裂纹，冷裂纹，热影响区脆化， 钢 冷裂纹，热影响区硬化，再热裂纹，蠕变强度， 珠光体耐热钢 冷裂纹，热影响区硬化，再热裂纹，蠕变强度，持久强度 低温缺口韧性， 低温钢 低温缺口韧性，冷裂纹