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
焊缝及接头的低温脆性试验
焊缝及接头的断裂Hale Waihona Puke 性试验焊缝及接头的高温性能试验
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
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 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。 4.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 适用于何种材料？在应用中应该注意什 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？
焊接加工
焊接缺陷
焊接 裂纹
气
夹渣
孔
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，能够焊接形成完 整接头并满足预期使用要求的能力。
一是材料在焊接加工中是否容易 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
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。
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
金属材料
热轧及正火钢
合
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。
比如低碳钢焊接性好，但其强度、硬度却没有高碳钢好|第3章低合金结构钢的焊接1. 分析热轧钢和正火钢的强化方式及主强化元素有什么不同。
二者的焊接性有何差异，在制定焊接工艺时应注意什么问题。
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。
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热轧钢碳当量都比较低，除环境温度很低或钢板厚度很大，一般情况下其裂纹倾向都不大。
当正火钢碳当量不超过0.5％时，淬硬倾向比热轧钢大，但不算严重，焊接性尚可。
但对于厚板往往需要进行预热。
当碳当量大于0.5％时钢的淬硬倾向和冷裂倾向逐渐增加。
防止措施：严格控制线能量、预热和焊后热处理等。
c.热影响区的最高硬度值与冷裂倾向关系为了避免产生对冷裂敏感的淬硬组织，可将热影响区的最高硬度控制在某一刚好不出现冷裂纹的临界值；反过来也可根据测得的热影响区的最高硬度值来判断材料的冷裂倾向和确定预热温度。
第二章 焊接性及其试验评定
前者称为工艺焊接性，涉及焊接制造过程中的 焊接缺陷问题，如裂纹、气孔、断裂等；后者 称为使用焊接性，涉及焊接接头的使用可靠性 问题。
冶金焊接性和热焊接性
冶金焊接性：发生在焊缝中 1）涉及的是化学冶金问题 例如形成熔池、凝固结晶、渣-金属间 的化学冶金反应、合金元素的还原、成 分偏析、气孔、夹杂物、热裂纹、显微 组织和性能 2）研究冶金焊接性的目的：开发新材料、 选焊材
间接评定 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，又却是CE>0.5%时，钢材易 淬硬，表面焊接性变差，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； 3）CE>0.6%时，焊接性差。
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 拘束度等密切关联。 日本学者采用Y形坡口“铁研试验”对200多种 不同成分的钢材、不同厚度及不同含氢量的焊 缝进行试验，提出了与化学成分、扩散氢和拘 束度（或板厚）相联系的冷裂纹敏感性指数等 公式。 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。
1. 焊缝金属抵抗产生热裂纹的能力
热裂纹是一种经常发生又危害严重的焊接缺陷， 热裂纹的产生与母材和焊接材料有关。 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，这是 焊接中必须避免的一种缺陷。 焊缝金属抵抗产生热裂纹的能力常被作为衡量 金属焊接性的一项重要内容。 通过热裂纹敏感指数和热裂纹试验来评定焊缝 的热裂纹敏感性。
例子：铝合金的焊接 传统的气焊和现在的氩弧焊 技术的进步促进了焊接性观念的转变
焊接工艺的评定及焊接性能
焊接工艺的评定及焊接性能
1、评定材料的工艺焊接性
就是指评定其焊接接头产生焊接缺陷的倾向，为制定合理的焊接工艺规程(WPS)提供支持。
以钢材为例，主要是以材料的化学成分为依据进行间接评定的“碳当量法”和以接头抗裂性试验为依据的直接试验法。
2、材料的使用焊接性
应根据结构的实际工况和相应的技术要求，提出必要的试验项目。
凡是焊接接头都会承受一定的载荷(动载或静载少，故任何焊接结构几乎都有常温力学性能试验的要求，其中绝大部分是针对焊接接头，有的则针对焊缝金属。
在高温或低温条件下工作的接头，则尚须进行相应温度下的试验：如进行材料的蠕变、持久强度试验以测定其高温性能(蠕变极限及蛹变伸长率和蠕变速率，持久强度极限及持久断后伸长率和断面收缩率等)；以相应温度的夏比V形缺口冲击试验以测定低温下接头的冲击吸收功和冲击韧度；以落锤试验测定材料的无塑性转变温度等。
在介质有腐蚀性的工况下，则应进行不同的耐腐蚀性试验(如耐总体腐蚀、耐晶间腐蚀、耐点蚀、耐缝隙腐蚀等试验)。
在磨损条件下工作的则须进行相应的耐磨损试验(如耐磨粒磨损试验、耐滑动磨损试验、耐冲击磨损试验等)。
有时效脆化敏感性材料，尚应进行接头的热应变时效脆化敏感性试验等。
材料焊接性教案(09-10-2)
无
主要参考资料：
[1]周振丰主编.焊接冶金学（金属焊接性）.北京:机械工业出版社，2000
[2]许祖泽著.新型微合金钢的焊接.北京:机械工业出版社，2004
[3]中国机械工程学会焊接学会.焊接手册(第2卷).材料的焊接(第2版).北京:机械工业出版社，2004
课后自我总结分析：
焊接性的内容和原则还比较容易理解，但学生对焊接性及其试验评定方法感觉比较生疏，这可能是由于他们缺乏专业实践的缘故。
教学组织(含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等)：
教学内容：
4.1不锈钢及耐热钢的分类及特性
4.2奥氏体不锈钢的焊接
教学方法：以教师讲授为主
时间分配：4.1.1不锈钢的基本定义0.1学时
4.1.2不锈钢及耐热钢的分类0.2学时
4.1.3不锈钢及耐热钢的特性0.5学时
4.1.4 Fe-Cr，Fe-Ni相图及合金元素的影响0.2学时
难点：合金结构钢和热轧及正火钢的焊接性分析。
教学组织(含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等)：
教学内容：
3.1合金结构钢的分类和性能
3.2热轧及正火钢的焊接
教学方法：以教师讲授为主
时间分配：
3.2.1热轧及正火钢的成分和性能0.5学时
3.2.2热轧及正火钢的焊接性1.0学时
第4次课2学时
授课题目：
3.3低碳调质钢的焊接
3.4中碳调质钢的焊接
教学目的、要求：
掌握低碳调质钢和中碳调质钢的分类、性能、焊接性特点及其焊接工艺。
教学重点、难点：
重点：低碳调质钢和中碳调质钢的焊接性特点和焊接工艺。
难点：低碳调质钢和中碳调质钢的焊接性分析。
焊接性及其试验评定
G G 10c Cr 3.3M 0 8.1 2 10 V
`
△G`<1.5不敏感 △G`=1.5~2 有一定敏感性
△G` ≥2
敏感
焊接性的间接评定
5.层状撕裂敏感指数法
Pl Pcm
H 6S
60
Pl与σz的关系
Pcm-----冷裂敏感指数
[H]-------熔敷金属中的扩散氢含量（ml/100g)
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
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
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
1.碳当量法
焊接性的间接评定
焊接性的间接评定
焊接性的间接评定
2.焊接冷裂纹敏感指数
焊接性的间接评定
焊接材料及工艺焊接性及其试验评定
什么是热裂纹？ 什么是冷裂纹？ 什么是脆性断裂？ 共晶：共晶反应eutecticreaction
一种液相在恒温下同时结晶出两种固相的反应 叫做共晶反应。所生成的两相混合物叫共晶体。 发生共晶反应时有三相共存,它们各自的成分是 确定的,反应在恒温下平衡地进行。
12
13
2.2.2评定焊接性的原则
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。
38
刚性拘束裂纹P30 拘束距离-拘束度
39
刚性固定对接裂纹试验
焊缝冷裂纹、热裂纹；热影响区冷裂纹 焊缝的焊脚K
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第2章焊接性及其试验评定讲述
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
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
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
图2-3 Q295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
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。
金属材料焊接性及工艺评定
? 一、金属焊接性
? 焊接性是指金属材料在限定的制作条件下，是否 能够适应焊接加工而形成完整的、具备一定使用 性能的焊接接头的特性。
? 金属材料的焊接性具有两方面内容：一是金属在 焊接加工中是否容易形成缺陷，二是焊接接头在 一定的使用条件下可靠的运行能力。这也说明， 焊接性不仅包括结合性能，而且也包括结合后的 使用性能。
? 3. 选择或制定焊接性试验方法的原则
? 3.1针对性
? 焊接性试验的条件要尽量与实际焊接时的条件相 一致，这些条件包括母材、焊接材料、接头形式、 环境温度、接头受力状态、焊接工艺参数等，而 且试验条件还应考虑到产品的使用条件，尽量使 之接近，只有这样才能使焊接性试验具有良好的 针对性，其试验结果能比较确切的显示实际生产 时可能发生的问题或可能获得的结果 。
? 使用焊接性直接法包括：实际产品运行的服役试验； 压力容器的水压试验、爆破试验。
? 使用焊接性间接法包括：焊缝及接头的拉伸、弯曲、 冲击等力学性能试验；焊接接头的高温蠕变及持久 强度试验；焊接接头断裂韧性试验；焊接接头低温 脆性试验；焊接接头耐腐蚀、耐磨试验；焊接接头 的动载、疲劳试验。
? 1.工艺焊接性
? 热焊接性是指焊接热循环对焊接热影响区组 织性能以及产生缺陷的影响程度，用来评定 被焊钢材（金属材料）对热的敏感性：如晶 粒长大，组织与性能变化等，主要与被焊钢 材（金属材料）和焊接工艺有关。
? 冶金焊接性是指在一定冶金过程的条件下， 物理化学变化对焊缝性能和产生缺陷的影响 程度。主要包括合金元素的氧化、还原、氮 化、蒸发、氢、氧、氮的溶解等对形成气孔、 夹渣、裂纹等缺陷的影响，用来评价钢材 （金属材料）对冶金缺陷的敏感性。
? 焊接的本质：
? 宏观上讲：形成永久性连接。
焊接性及其评定
第二篇 工程材料的焊接
第一节 焊接性及其评定
一、焊接性的概念
金属材料的焊接性， 金属材料的焊接性，是指被焊金属在采用一定 焊接方法、焊接材料、工艺参数及结构形式条件 的焊接方法、焊接材料、工艺参数及结构形式条件 获得优质焊接接头的难易程度 难易程度。 下，获得优质焊接接头的难易程度。
从采用一般焊接工艺焊后检验有无裂纹或 裂纹的多少，即可初步评定试板材料的焊接性。 裂纹的多少，即可初步评定试板材料的焊接性。 而后调整工艺(如预热、缓冷等) 而后调整工艺(如预热、缓冷等)再焊接试 直至不产生裂纹为止。 板，直至不产生裂纹为止。 最后参考抗裂试验制订合理的焊接参数。 最后参考抗裂试验制订合理的焊接参数。
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％ 当量<0.4 ω(C)当量=0.4％～0.6％ 当量=0.4％～0.6 ω(C)当量=0.4％～0.6％ ω(C)当量>0.6％ 钢材塑性较低，淬硬倾向很强， ω(C)当量>0.6％时，钢材塑性较低，淬硬倾向很强，焊 当量>0.6 接性不好。焊前工件必须预热到较高温度， 接性不好。焊前工件必须预热到较高温度，焊接时要采取减 少焊接应力和防止开裂的工艺措施， 少焊接应力和防止开裂的工艺措施，焊后要进行适当的热处 才能保证焊接接头质量。 理，才能保证焊接接头质量。
金属材料焊接性
第2章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。
7.插销试验：目的，主要评定钢材的氢致延迟裂纹倾向，附加其他设备，也可以测定再热裂纹敏感性和层状敏感性。
1）试件制备，将被焊钢材加工或圆柱的插销试棒，沿轧制方向取样并注明插销在厚度方向的位置。
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。
20149焊接冶金学——材料焊接性第2章
主讲人: 陈芙蓉
第2章 焊接性及其试验评定
科学研究和工程实践表明，某些材料具有 较高的强度、塑性和耐蚀性等，但用这些 材料制造结构时却发现，它们在焊接加工 时可能出现裂纹、气孔、夹渣等缺陷，大 大限制了这些材料的使用范围。单从材料 本身的化学成分、物理性能和力学性能， 不足以判断它在焊接过程中可能出现的问 题，这就要求从焊接性的角度出发来分析 和研究材料的某些特定的性能。
合金结构钢焊接性分析时应考虑的问题见表2-3。
表2-3 合金结构钢焊接性分析时应考虑的问题
2.2.2 评定焊接性的原则 评定焊接性的原则主要包括：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。 一般情况下，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： (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，只有在这样有可比性 的情况下，才有可能使试验结果比较确切 地反映实际焊接结构的焊接性本质。
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) 利用状态图或SHCCT图分析。合金状态 图和焊接连续冷却组织转变图（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。利用状态图和热影响区SHCCT图可以 方便地预测热影响区组织、性能和硬度变 化，预测某种钢焊接热影响区的淬硬倾向 和产生冷裂纹的可能性。同时也可以作为 调整焊接热输入、改进焊接工艺的依据。
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。
材料焊接性—每章总结-16页精选文档
《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、CO2(4)熔化极气保焊工作原理：熔化极气体保护焊采用可熔化的焊丝与被焊工件之间的电弧作为热源来熔化焊丝与母材金属，并向焊接区输送保护气体，使电弧、熔化的焊丝、熔池及附近的母材金属免受周围空气的有害作用。
连续送进的焊丝金属不断熔化并过渡到熔池，与熔化的母材金属融合形成焊缝金属，从而使工件相互连接起来。
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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。
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
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
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。
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？
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
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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
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
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、 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
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。