《焊接冶金学及金属材料焊接》教学课件—模块六金属的焊接性试验

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金属焊接性与焊接方法.ppt

试件材质与焊件相同，采用原板厚，开 I形坡口。
采用机械加工方法。
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（2）试验装置
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（3）试验步骤
把试件安装在C形装置中，调好坡口间隙。将螺栓旋紧，在水平、垂直方向顶紧试板。用待试焊条焊4条长约40mm的试验焊缝。10min后，取出试件，沿焊缝弯断，观察断面有无裂纹。
（4）计算裂纹率C
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第六章金属焊接性
（三）使用焊接性使用焊接性是指焊接接头或整体结构满足各
种使用性能的程度，其中包括常规的力学性能，低温韧性，高温蠕变，疲劳性能，持久强度，以及抗腐蚀性和耐磨性等。
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（四）、焊接性评价标准焊缝及HAZ产生裂纹的敏感性如何焊缝及HAZ产生气孔的敏感性如何焊接热循环对HAZ组织结构的影响
极差（只焊补）
焊弧焊、气焊（薄壁）
重要件、复杂件焊前预热，焊后缓冷
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第六章金属焊接性
二、如何分析金属的焊接性
（一）从金属的特性分析焊接性 1.化学成分 1）碳当量法
钢材中的各种元素，碳对淬硬及冷裂影响最显著，所以有人将钢材中各种元素的作用按照相当于若干含碳量折合并迭加起来，求得所谓的“碳当量”(Ceq) ，以Ceq值的大小估价冷裂纹倾向的大小，认为Ceq值越小，钢材的焊接性能越好。
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（四）析因理化试验
目的：分析影响金属焊接性的内在原因。主要包括：（1）焊接材料熔敷金属扩散氢测定试验；（2）焊接接头金相分析试验；（3）焊接接头维氏硬度试验；（4）化学成分分析试验；（5）焊接接头断口分析试验。
在切点点两侧各取7个以上的点（测点15个以上），各点的间距0.5mm
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（二）、直接试验法

6金属焊接性与焊接方法

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第六章金属焊接性
预热温度对裂纹影响：可测得能够防止冷裂纹的临界预热温度，评定冷裂敏感性
冷却速度、冷却时间对裂纹的影响：可测得裂纹率急剧增长的临界冷却速度或极限冷却时间 →评定冷裂敏感性
斜Y坡口试验条件苛刻，一般，裂纹率不超过 20%，在实际焊接时就不会开裂。
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第六章金属焊接性
（2）工艺措施要求焊缝与母材等强的焊件，选用相应强度级别
的焊条；不要求等强的焊件，选用强度略低的焊条，提高
塑性、韧性；尽量使用低氢焊条；对强度级别低地低合金钢、
非动载荷构件，可使用酸性焊条；板厚增加，刚性变大，应提高预热温度；在环境温度0oC以下施工，构件预热100～150oC 酸性焊条150～250oC烘干，碱性焊条350～
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第六章金属焊接性
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第六章金属焊接性
日本：
C e(q W E C SM ) 6 2 S n 4 i4 N 0 C 5 i M r4 1 V o4
适用于调质低合金钢，500～1000MPa，成分（质量百分数，小于）：C0.2，Si0.55，Mn1.5， Ni2.5，Cr1.25，Mo0.7，Cu0.5，V0.1，B0.006。
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第六章金属焊接性
（二）焊接工艺特点焊施工条件选择：
手弧焊、埋弧焊、气体保护焊、电渣焊
1、热轧钢（1）主要特点
碳当量较低，强度不高，具有较好的塑性、韧性及焊接性，HAZ淬硬倾向略大于低碳钢。焊件较厚，接头刚性大，环境温度低时易产生冷裂纹。

金属材料焊接PPT

热影响区易产生淬硬组织和冷裂缝
中碳钢属于易淬火钢，热影响区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，将出现马氏体等淬硬组织。如焊件刚性较大或工艺不恰当时，就会在淬火区产生冷裂缝，即焊接接头焊后冷却到相变温度以下或冷却到常温后产生裂缝。
焊缝金属热裂缝倾向较大
焊接中碳钢时，因母材含碳量与硫、磷杂质远远高于焊条钢芯，母材熔化后进入熔池，使焊缝金属含碳量增加塑性下降，加上硫、磷低熔点杂质的存在，焊缝及熔合区在相变前就可能因内应力而产生裂缝。因此，焊接中碳钢构件，焊前必须进行预热，使焊接时工件各部分的温差减小，以减小焊接应力，同时减慢热影响区的冷却速度，避免产生淬硬组织。
铸铁的焊补
铸铁的焊接特点：熔合区易产生白口组织；易产生裂缝；易产生气孔
热焊法
热焊法是焊前将工件整体或局部预热到600～700℃，焊后缓慢冷却。热焊法可防止工件产生白口组织和裂缝，焊补质量较好，焊后可以进行机械加工。但热焊法成本较高，生产率低，焊工劳动条件差。一般用于焊补形状复杂焊后需要加工的重要铸件，如床头箱、汽缸体等。
焊接区的气体
焊接区内的气体来源
N2、H2、O2 CO2 和 H2O
气体对焊接质量的影响 1 氮对焊接质量的影响主要来自于焊接区周围的空气。时效脆化气孔
2 氢对质量的影响主要来自焊接材料氢脆白点气孔冷裂纹
3氧对金属质量的影响
力学性能下降物理化学性能差合金元素烧损焊接工艺性能变差
有色金属的焊接
铜及铜合金的焊接
铜及铜合金的焊接比低碳钢困难得多，其原因是：
铜的导热性很高（紫铜约为低碳钢的8倍），焊接时热量极易散失。因此，焊前工件要预热，焊接时要选用较大电流或火焰，否则容易造成焊不透缺陷。铜在液态易氧化，生成的Cu2O与铜组成低熔点共晶，分布在晶界形成薄弱环节；又因铜的膨胀系数大，凝固时收缩率也大，容易产生较大的焊接应力。因此，焊接过程中极易引起开裂。

金属焊接性及其评定PPT课件

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决定接头的刚度、应力集中程度与应力状态。影响材料对裂纹的敏感性，接头的力学性能，应合理安排焊缝位置、数量，尽量避免焊缝集中，截面突变等。
使用要求
焊接结构的工作温度（高温、低温）、受载类别（静、动、冲击、交变载荷等）和工作环境（服役地点、工作介质），使用条件苛刻，焊接性越难保证。
评定不同材料的焊接性，必须在相同的焊接工艺条件下进行，才具有可比性。材料的焊接性随着焊接技术的发展而变化。
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2.焊接冷裂敏感指数法PC
对钢中含合金元素较多、结构复杂、刚性大、
产生冷裂缝倾向大的焊件，日本首先提出并采用
了冷裂缝敏感系数来预测钢材焊接时产生冷裂缝
倾向的方法。
散P氢PCC与值=拘不P束仅cm条包+件括〔的母H作材〕用的/。化60学+成分δ/，60而0且考虑了扩
式中：Pcm— 化学成分冷裂敏感指数 Pcm = C + Si/30 +（Mn + Cu+ Cr）/20 + Ni/60 +
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优质的焊接接头应具备两个条件：
接头中不存在超过质量标准规定的缺陷
具有预期的使用性能
焊接性分类
工艺焊接性使用焊接性
热焊接性冶金焊接性
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1.工艺焊接性
工艺焊接性----是指在一定焊接工艺条件下，能否获得优质、无缺陷的焊接接头的能力。
影响工艺焊接性的因素
焊接工艺条件的变化，某些原来不能焊接或不易焊接的金属材料，可能会变得能够焊接和易于焊接。（铝、钛、高合金）
实焊性试验
接
性
实

金属材料焊接工艺A-PPT精选.ppt

——就是对金属材料焊接的容易程度作出判断和预测估计可能出现的问题，分析产生问题的原因并寻求解决
的方法。工艺焊接性：考察材料能不能焊。产生焊接缺陷的倾向
性。使用焊接性：焊后能不能用。一般以母材的性能为依据，
考察焊缝金属和热影响区金属的性能与母材的差别及产生的原因。
第二节焊接性试验内容与方法
四、插销试验法
用途：考核焊接热影响区的氢致延迟裂纹敏感性。
原理：将被焊钢材加工成圆柱形的插销试棒，试棒上端有环形或螺形缺口，试验时在底板上以规定的热输入熔敷一条焊道，其熔深应使缺口尖端位于热影响区的粗晶区内。焊后冷却至100~150度时加载，无断裂时载荷保持16~24小时后卸载。通过多次改变载荷，可求出不出现断裂的临界应力。
一、焊接性试验内容
评价焊缝金属抗热裂纹的能力评价焊缝和热影响区金属抗冷裂纹的能力评价焊接接头抗脆性转变的能力评价焊接接头的使用性能
二、焊接性试验方法
工艺焊接性试验
直接法：焊接热裂纹试验焊接冷裂纹试验再热裂纹试验层状撕裂试验热应变时效脆化试验焊接气孔敏感性试验
间接法：
由碳当量推测焊接性裂纹敏感指数及临界应力连续冷却组织转变图断口分析、金相组织分析焊接热影响区最高硬度焊接热、力模拟试验焊接专家系统、仿真系统等
使用焊接性试验
直接法：实际产品结构运行的服役试验压力容器的爆破试验
间接法：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、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
第三节常用焊接性试验方法
一、碳当量法就是将母材中各种元素的影响折合成碳的影响

焊接原理金属材料的焊接PPT课件

实际上，高碳钢的焊接一般只限采用焊条电弧焊进行修补工作。
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耐热钢和不锈钢的焊接
• 珠光体耐热钢：以Cr，Mo为基础的低、中合金
钢 • 碳当量数值约为0.45%~0.90%，焊接性较差 • 焊条电弧焊：选用与母材成分相近的焊条，预热温度150~400℃，焊后应及时进行高温回火处理。
低碳钢含碳量≤0.25％，其塑性好，一般没有淬硬倾向，对焊接过程不敏感，焊接性好。焊这类钢时，不需要采取特殊的工艺措施，通常在焊后也不需进行热处理(电渣焊除外)。
厚度大于 50 mm的低碳钢结构，常用大电流多层焊，焊后应进行消除内应力退火。低温环境下焊接刚度较大的结构时，由于焊件各部分温差较大，变形又受到限制，焊接过程容易产生较大的内应力，有可能导致结构件开裂，因此应进行焊前预热。
如300 MPa级的09Mn2、09Mn2Si等钢材的淬硬倾向很小，其焊接性与一般低碳钢基本一样。
350 MPa级的 Q345(即16Mn)钢淬硬倾向也不大，但当实际含碳量接近允许上限或焊接参数不当时，过热区也完全可能出现马氏体等淬硬组织。
强度级别较大的低合金钢，淬硬倾向增加，热影响区容易产生马氏体组织，硬度明显增高，塑性和韧度则下降。
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(2) 冷焊法焊补前工件不预热或只进行 400℃以下的低温预热。焊补时主要依靠焊条来调整焊缝的化学成分以防止或减少白口组织和避免裂纹。
优点：冷焊法方便、灵活、生产率高、成本低，劳动条件好。
缺点：焊接处切削加工性能较差。
应用：生产中多用于焊补要求不高的铸件以及不允许高温预热
床头箱、汽缸体等。
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焊接方法：用气焊进行铸铁热焊比较方便。气焊火焰还可

金属材料焊接.ppt

以防止白口组织和裂纹。 • 应用：
镍基焊条→补焊质量好，成本高。用于重要铸铁件加工表面焊补
结构钢焊条→焊补质量低，用于非加工表面，（采用小直径、小电流、短弧）
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铸铁滚轮修复
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铸铁焊补
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七、铝及铝合金的焊接分类： • 工业纯铝------焊接性好 • 不能热处理强化铝合金 • 热处理强化铝合金——焊接性差（接头软化
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Q345R（16Mn）的焊接 • CE= 0.4%焊接性良好，不需预热 • 板厚＞ 32～38mm • 环境温度低时，需预热150-300℃ • 重要结构（锅炉、压力容器）焊后应消除
应力退火
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四、不锈钢的焊接 • 不锈钢的种类: • 马氏体不锈钢（Cr13型：1 Cr13 ） • 奥氏体不锈钢（Cr18Ni9型：0 Cr18Ni9 ） • 铁素体不锈钢（Cr17型：1 Cr17Mo2Ti ）
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马氏体
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奥氏体
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马氏体不锈钢： • 焊接性较差（冷裂纹和淬硬脆化）→焊前
预热，焊后缓冷及热处理， • 采用奥氏体不锈钢焊条。奥氏体不锈钢： • 焊接性良好铁素体不锈钢： • 焊接性较差（过热晶粒引起脆化和裂纹）
→低温预热 • （＜ 150 ℃ ＝减少高温停留时间）
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奥氏体不锈钢
2.按钢的化学成份分类: 3.按碳含量分类:
(1).碳素钢;Q235-B、20
(1).低碳钢(C≦0.25%);
( 2 ) . 合金钢 : Q345R （ 16Mn ） (2).中碳钢(C≦0.25~0.6%);
A.低合金钢(合金元素≦5%); B.中合金钢(合金元素5~10%);
(3).高碳钢(C≧0.6%)。

焊接冶金学--材料焊接性教学课件 ppt 作者李亚江第6章

第6章铸铁焊接铸铁是碳的质量分数大于2.11%的铁碳合金。

工业常用的铸铁为铁碳硅合金，其碳的质量分数为3.0%～4.5%、含硅量为1.0%～3.0%，同时含有一定量的锰及杂质元素磷、硫等。

为了提高铸铁的性能，还可以加入合金元素获得合金铸铁。

铸铁熔点低，液态下流动性好，结晶收缩率小，便于铸造生产形状复杂的机械零部件。

还具有成本低，耐磨性、减振性和切削加工性能好等优点，在机械制造业中获得了广泛应用。

按质量统计，在汽车、农机和机床中铸铁用量约占50%~80%。

铸铁焊接主要应用于以下三方面：①铸造缺陷的焊补; ②已损坏的铸铁成品件的焊补; ③零部件的生产。

6.1 铸铁的种类及其焊接方法6.1.1 铸铁的种类按照碳元素在铸铁中存在的形式和石墨形态，可将铸铁分为白口铸铁、灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁及蠕墨铸铁等五大类。

白口铸铁中的碳绝大部分以渗碳体（Fe3C）的形式存在，断口呈白亮色，性质脆硬，极少单独使用。

白口铸铁是制造可锻铸铁的中间品，表层为白口铸铁的冷硬铸铁常用作轧辊。

灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁及蠕墨铸铁中的碳基本以石墨形式存在，部分存在于珠光体中。

这四种铸铁由于石墨形态不同，使得性能有较大差别。

最早出现的灰铸铁，石墨呈片状，其成本低廉，铸造性、加工性、减振性及金属间摩擦性均优良，至今仍然是工业中应用最广泛的铸铁类型。

但是，由于片状石墨对基体的严重割裂作用，灰铸铁强度低、塑性差。

可锻铸铁是由一定成分的白口铸铁经石墨化退火获得的，石墨呈团絮状，塑性比灰铸铁高。

1947年，发明了以球化剂处理高温铁液使石墨球化的方法，得到了球墨铸铁。

由于石墨呈球状，对基体的割裂作用小，使铸铁的力学性能大幅度提高。

而后出现的蠕墨铸铁，石墨呈蠕虫状，头部较圆，具有比灰铸铁强度高、比球墨铸铁铸造性能好、耐热疲劳性能好的优点，在工业中得到了一定的应用。

1．灰铸铁灰铸铁是因断面呈灰色而得名。

灰铸铁中的碳以片状石墨的形式存在于珠光体或铁素体或二者混合的基体中。

《焊接冶金学及金属材料焊接》模块六金属的焊接性试验

试验方法的改进
优化试验参数
针对不同金属材料，优化焊接性试验的参数，如焊接电流、焊接速度等，以提高试验结果的准确性和可靠性。
引入无损检测技术
利用无损检测技术对焊接接头进行检测，避免破坏性试验对材料造成损伤，同时能够准确评估焊接质量。
开展多因素耦合试验
综合考虑多种因素对金属材料焊接性能的影响，开展多因素耦合试验，提高试验的全面性和准确性。
金属材料的化学成分也对其焊接性产生影响。例如，碳含量较高的钢材容易产生裂纹，而低碳钢则具有良好的焊接性。此外，合金元素也会影响金属材料的焊接性，例如铝、铜、镍等元素会增加金属材料的焊接敏感性。
焊接工艺参数
• 焊接工艺参数对金属材料的焊接性具有显著影响。焊接电流、电压、焊接速度和预热温度等工艺参数的选取不当会导致焊接缺陷的产生，如裂纹、气孔和未熔合等。例如，焊接电流过大或焊接速度过慢会增加熔池的停留时间，导致金属过热和元素烧损，从而影响焊缝的成形和焊接质量。
它反映了金属对焊接加工的适应性，主要取决于金属的化学成分、物理性能和显微组织等因素。
金属焊接性的重要性
金属焊接性对于保证焊接结构的可靠性和安全性至关重要。
焊接性良好的金属在适当的焊接工艺条件下，能够获得无缺陷、性能优良的焊接接头，从而提高焊接结构的承载能力和使用寿命。
不良的焊接性可能导致焊接缺陷、接头性能下降等问题，影响结构的安全性和可靠性。
金属焊接性的评估方法
焊接性试验是评估金属焊接性的重要手段，包括焊接工艺试验、焊接接头力学性能试验等。
焊接性试验的方法包括焊接热试验、熔点试验、抗裂性试验、力学性能试验等，根据不同金属材料的特性选择相应的试验方法。
通过焊接性试验，可以了解金属在焊接过程中的行为，确定合适的焊接工艺参数，预测和防止焊接缺陷的产生，提高焊接接头的质量。