金属材料焊接性与工艺评定

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❖ 层状撕裂容易发生在较厚钢板的十字形和T形 接头的多层焊时,以及在钢板厚度方向承受 大的拘束力的情况下 。一般对接接头很少出 现,但在焊趾和焊根处由于冷裂诱发也会出
❖ 现层状撕裂。
❖ 层状撕裂与冷裂纹不同,它的产生与钢种强 度无关,主要是钢板中存在着非金属夹杂物 (主要是硫化物),使其钢的连续性受到某 种程度的破坏,加上结构在Байду номын сангаас厚方向的拘束 力、应变过大造成的。因此,对某些重要焊 接结构的厚板,高拘束度焊接,要求钢板在 厚度方向具有较好的塑性,特别要在钢板中 减少非金属夹杂物的存在,使其具有良好的 抗层状撕裂性能。
❖ 一般来说,金属材料焊接工艺过程简单而接头质 量高、性能好时,就称焊接性好,反之,就称焊 接性差。
❖ 二、如何分析金属焊接性
❖ 1.从金属特性分析焊接性
❖ 1.1利用化学成分分析:主要方法包括碳当量 法,焊接冷裂纹敏感指数法。
❖ 1.2利用物理性能分析:金属熔点、导热系数、 线膨胀系数、密度、热容量等因素,都对热 循环、熔化、结晶、相变等过程产生影响, 从而影响焊接性。如线膨胀系数大,接头变 形和应力将很严重。
❖ 斜Y型坡口焊接裂纹试验(小铁研试验)主要 用于评定碳钢和低合金高强钢焊接HAZ及焊 缝金属对冷裂纹的敏感性。执行GB 4675.184《斜Y型坡口焊接裂纹试验方法》。
❖ 焊接工艺参数:焊条直径4mm,焊接电流 170±10A,电弧电压24 ±2V,焊速 150±10mm/min.
❖ 试验结果:表面裂纹率,根部裂纹率,断面 裂纹率。
❖ 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
❖ 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。
金属材料焊接性与工艺评定
焊接概念
❖ 焊接技术又叫连接工程,是一种重要的材料 加工工艺。
❖ 概括讲,被焊工件的材质,通过加热或加压 或二者并用,并且用或不用填充材料,使工 件的材质达到原子间的结合而形成永久性连 接的工艺过程称为焊接。
❖ 焊接与其他连接方式不同,不仅在宏观上形 成了永久性的接头,而且在微观上建立了组 织上的内在联系。
❖ 调整工艺参数,采取多层多道焊,保持层间温度, 后热等工艺参数,可以调节和控制焊接热循环,从 而改变金属材料的焊接性。
❖ 4.3结构因素
❖ 结构因素主要指焊接结构和焊接接头的设计形式, 比如形状、尺寸、厚度、坡口形式、焊缝布置、焊 缝截面形状等因素对钢材(金属材料)的焊接性影 响。
❖ 设计中减少焊接接头的刚度、减少交叉焊缝、避免 焊缝过于密集以及减少造成应力集中的各种因素, 都是改善焊接性的重要措施。
❖ 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。
❖ 焊接工艺评定报告:按规定格式记载验证性 试验结果,对拟定焊接工艺的正确性进行评 价的记录报告。
❖ 总则
❖ 1.焊接工艺评定应以可靠的钢材焊接性能为 依据,并在产品焊接之前完成。
❖ 2.焊接工艺评定一般过程:拟定焊接工艺指 导书、施焊试件、制取试样、检验试件和试 样、测定焊接接头是否具有所要求的使用性 能、提出焊接工艺评定报告对拟定的焊接工 艺指导书进行评定。
❖ 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。
❖ 2.从焊接工艺条件分析焊接性,主要从热源 特点,保护方法,热循环控制等分析。
❖ 二、焊接性试验
❖ 评定母材金属的试验叫做焊接性试验。
❖ 1.焊接性试验内容:1)焊缝金属抵抗产生热裂纹的 能力,2)焊缝及HAZ金属抵抗产生冷裂纹的能力, 3)焊接接头抗脆性转变能力,4)焊接接头的使用 性能。
❖ 2.焊接性试验分类
❖ 工艺焊接性是指在一定焊接工艺条件下,能 否获得优良致密、无缺陷焊接接头的能力。 这并不是钢材(金属材料)本身固有的性能, 而是根据某种焊接方法和所采用的具体工艺 措施来进行评定的,因此,钢材(金属材料) 的工艺焊接性与焊接过程密切相关。
❖ 对于熔化焊,一般要经历传热过程和冶金反 应过程,因而又可以将工艺焊接性分为热焊 接性和冶金焊接性。
❖ 2.2层状撕裂的判据
❖ 由于层状撕裂 的危害很严重,必须在施工之 前,对钢材层状撕裂 的敏感性进行判断。常 用方法有z向拉伸断面收缩率和插销z向临界 应力。
❖ z向拉伸断面收缩率ψz为判据
❖ 一般为防止层状撕裂 , ψz≥15%,希望ψz= 15%~20%, ψz≥25%,抗层状撕裂优异。
❖ 2.3防止层状撕裂 的措施
❖ 3.3可比性
❖ 只有试验条件完全相同时,两个试验研究结 果才具有可比性。因此,凡是国家或国际上 已经颁布的标准试验方法应优先选择,并严 格按标准规定进行试验。还未建立标准的, 应优先选择国内外同行业中较为通用的或公 认的试验方法进行研究。若无标准可供参考, 需自行设计焊接性试验研究方法时,应把试 验研究条件规定的明确具体,并在报告中详 细说明试验研究结果的试验研究条件。
❖ d.对于T形接头,可在横板上预先堆焊一层低 强熔敷金属,以防止焊根出现裂纹。
❖ e.为防止由冷裂引起的层状撕裂,应尽量采 用一些防止冷裂的措施,如适当提高预热。
❖ 焊接工艺评定
❖ 术语
❖ 焊接工艺评定:为验证所拟定的焊件焊接工艺 的正确性而进行的试验过程及结果评价。
❖ 焊接工艺指导书:为验证性试验所拟定的、 经评定合格的、用于指导生产的焊接工艺文 件。
❖ 1.3利用化学性能分析:如钛对氧、氮等亲和 力强,吸收后,力学性能显著降低。
❖ 1.4利用合金相图分析:被焊材料大多为金属, 或至少含某些杂质元素,因而可以利用他们 相图分析。
❖ 1.5 CCT图(连续冷却曲线)或SHCCT图(模 拟焊接HAZ连续冷却曲线)分析:一般,此 分析仅对于各类低合金钢,进行焊接性分析。
❖ 2.1层状撕裂概念
❖ 层状撕裂指大型厚壁结构,在焊接过程中会 沿钢板的厚度方向出现较大拉伸应力,如果
❖ 钢中有较多夹杂,那么沿钢板轧制方向出现 一种台阶状裂纹,一般称为层状撕裂。
❖ 层状撕裂一般在钢表面难以发现,即使用UT 检测合格钢板,仍可能经焊接后出现层状撕 裂,层状撕裂是一种内部沿轧向的应力开裂, 特征呈阶梯状,这是其他裂纹所没有的。
❖ 焊接性试验研究分为工艺焊接性和使用焊接性两大 类,两类试验研究方法均含直接法和间接法。
❖ 工艺焊接性直接法包括:焊接冷裂纹试验;焊接热 裂纹试验;再热裂纹试验;层状撕裂试验;应力腐 蚀裂纹试验;脆性断裂试验。
❖ 工艺焊接性间接法包括:碳当量法;焊接裂纹敏感 指数法;连续冷却组织转变曲线法;焊接热应力模 拟法;焊接热影响区最高硬度法;焊接区断口金相 法。
❖ 焊接的本质:
❖ 宏观上讲:形成永久性连接。
❖ 微观上讲:建立组织间联系。
❖ 焊接方法分为:熔化焊、压力焊 、钎焊。
❖ 焊接能源:主要是热能和机械能,是实现焊接的 的基本条件。其中热能是熔化焊的主要能源,主 要有电弧热、化学热、电阻热、高频感应热、等 离子焰、电子束、激光束等。
目前,新的焊接热源不断开发,如微波热、太 阳能。
❖ 4.2工艺因素
❖ 工艺因素包括焊接方法、焊接工艺规范、装配顺 序、预热、后热、焊后热处理等。焊接方法对焊接 性影响很大,主要表现在热源特性和保护条件两个 方面。
❖ 不同的焊接方法,热源在功率、能量密度、最高加 热温度等方面有很大区别。不同热源焊接金属将显 示出不同的焊接性。如:电渣焊功率大,但能量密 度低,最高加热温度也不高,焊接时加热缓慢,高 温停留时间长,使得HAZ晶粒粗大,冲击韧性显著 降低,必须经过正火处理才能改善。
❖ 2.使用焊接性
❖ 使用焊接性是指焊接接头或整个结构在一定 使用条件下,满足产品技术条件规定的使用 性能的程度。
❖ 使用焊接性取决于焊接结构的工作条件和设 计上的具体技术要求,一般包括焊缝及接头 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 断裂韧性试验等。
❖ 总之,钢材(金属材料)的焊接性不仅于材料 本身固有的性能有关,同时也与焊接工艺条件有 关。在不同的焊接工艺条件下,同一材料也会具 有不同的焊接性。
❖ 4.4使用条件
❖ 使用条件是指焊接结构服役期间的工业温度、 负载条件等,这些工作环境和运行条件要求 焊接结构具有相适应的使用性能。如:在低 温环境服役的焊接结构,必须具备抗脆性断 裂的性能 ,在交变载荷环境服役的焊接结构 必须具有良好的抗疲劳性能等 。
❖ 三、常用焊接性试验方法
❖ 1.斜Y型坡口焊接裂纹试验
❖ 焊接工艺评定验证施焊单位拟定的焊接工艺 的正确性,并评定施焊单位的能力。
❖ 3.焊接工艺评定所用设备、仪表应处于正常 工作状态,钢材、焊接材料必须符合相应标 准,有本单位技能熟练的焊接人员使用本单 位焊接设备焊接试件。

谢 谢 大 家!
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❖ 2.厚度特性方向试验
❖ 对于造船、锅炉压力容器、特大型桥梁等重 要焊接结构的钢板,不仅要求沿宽度和长度 方向的力学性能,而且还要求厚度方向(Z向) 有良好的抗层状撕裂性能。钢板的抗层状撕 裂性能采用厚度方向拉力试验的Z向断面收缩 率来评定。执行GB/T 5313-1985《厚度方向 性能钢板》 。
❖ 1).选用具有抗层状撕裂钢材,主要降低钢 种S%,如抗裂钢。
❖ 2)设计和工艺上措施
❖ .a.应尽量避免单侧焊缝,改用双侧焊缝,这 样可以缓和焊缝根部应力状态,并防止应力 集中。
❖ b.在强度允许的情况下,尽量采用焊接量少 的对称角焊缝代替焊接量大的全焊透焊缝,
❖ 以避免过大的应力。
❖ C.应在承受Z向应力的一侧开坡口。
❖ 3.4经济性
❖ 应注意试验方法的经济性,在符合上述原 则下,并可获得可靠结果的前提下,要力求 减少材料消耗,减少试验项目,避免复杂昂 贵的加工工序,节省试验费用。
❖ 4.影响钢材(金属材料)焊接性的因素
❖ 4.1材料因素
❖ 材料包括母材和焊接材料。在相同的焊接条 件下,决定母材焊接性的主要因素是母材本 身的物理化学性能。
❖ 3.2再现性
❖ 焊接试验的结果要稳定可靠,具有较好的再 现性。试验所得数据不可过于分散,只有这 样才能正确显示变化规律,获得能够指导生 产实践的结论,为了做到这样,试验方法应 尽可能减少或避免人为因素的影响,多采用 自动化、机械化的操作,少采用人工操作。 另外,应将试验条件规定的比较严格,防止 随意性 。
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