焊接公式及实验

1、碳当量

国际焊接学会:CE(IIW)=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 <淬硬倾向不大

日本焊接学会：Ceq(JIS)=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14

Ceq《%，焊接性优良；淬硬倾向逐渐明显，焊接时需要采取合适的措施；Ceq>%时，淬硬倾向明显，属于较难焊接材料。

淬硬倾向较大的钢, 焊后在空气中冷却时，焊缝易出现淬硬的马氏体组织，低温焊接或焊接刚性较大时易出现冷裂纹，焊接时需要预热，预热是防止冷裂纹和再热裂纹的有效措施。与人是防止冷裂纹和再热裂纹的有效措施。温度太低，焊缝会开裂，太高又会降低韧性，恶化劳动条件，所以确定合适的预热温度成为很重要的问题。

Rb=500MPa,Ceq= 不预热

Rb=600MPa，Ceq= 预热75o C

Rb=700MPa, Ceq= 预热75 o C

Rb=800MPa，Ceq= 预热150 o C

新日铁：

CE IIW公式对碳钢和碳锰钢更合适，但不适用于低碳低合金钢；Pcm适于低碳低合金钢。CEN在图表法中被用作评价钢冷裂纹敏感性的尺度（当碳增加时，CEN接近CE IIW,而当碳降低时他又接近Pcm）。——用图表法确定钢焊接时的预热温度上

2、冷裂纹敏感指数：Pcm

Pcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B

使用化学成分范围（质量分数）：C=、冷裂纹敏感性Pw

Pw=Pcm+[H]/60+h/600或Pw=Pcm+[H]/60+R/40000

[H]:熔敷金属中扩散氢含量（ml/100g）

R:焊缝拉伸拘束度

h:板厚（mm）

当Pw>0时，即有产生裂纹的可能性。

适用条件：扩散氢含量[H]=(1-5)ml/100g，h=19-50mm，线能量为17-30kJ/cm.

4、预热温度：To To=1440Pw-392

根据日本CEN确定预热温度：

1、根据钢的化学成分计算CEN和CE IIW;

2、通过焊缝金属扩散氢含量与图3标准值的偏差求出CEN的某一增量；

3、通过热输入与图4标准值的偏差和CE IIW求出CEN 的某一增量；

4、将CEN增量之和与原始CEN相加，对CEN进行修正；

5、根据修正的CEN和图2基本曲线中的板厚确定y坡口试验的临界预热温度；

6、根据焊缝金属强度和接头拘束度，通过图5的修正，确定实际所需的预热温度。

图2-图5：——用图表法确定钢焊接时的预热温度上

5、再热裂纹敏感经验公式：

P SR=Cr+Cu+2Mo+10V+7Nb+5Ti-2

P SR>0,有再热裂纹倾向。

6、t8/5（焊接冶金学基础）

来源：cooling rate in 800 to 500 range from dimensional analysis很准确

a、根据传热学推导理论公式：

厚大焊件的三维传热：

薄板焊接时的二维传热：

E:焊接线能量（J/cm）

λ:导热系数

cρ：容积比热容[J/（cm3℃）]

δ:板厚（cm）

T0：初始温度

临界板厚δcr:

实践表明：板厚<δcr用薄板计算公式，板厚>δcr用厚板计算公式。

b、理论经验公式：

厚大焊件的三维传热：

薄板焊接时的二维传热：

临界板厚δcr:

熔渣的碱度计算公式：

当B1>1时为碱性渣，B1<1时为酸性渣；B1=1时为中性渣。马氏体相变温度:

Ms(o C)=-453C贝氏体相变温度：

Bs（o C）=830-270C-90Mn-37Ni-70Cr-83Mo

Fe-Ni-Cr-Mo-C钢：Bs(o C)=844-597C-63Mn-16Ni-78Cr

焊接热影响区的组织和性能：

低碳钢、低合金钢焊接热影响区组织分布：

1、熔合区

2、过热区

3、相变重结晶区

4、不完全重结晶区

对于焊接淬硬倾向较大的钢种，焊接热影响区组织分布为：

1、完全淬火区

2、不完全淬火区

冷裂纹

产生焊接冷裂纹的三大主要因素是：焊缝热影响区有一定的淬硬倾向、较大的焊接应力或拘束度、焊缝中扩散氢含量。拘束度R=Eh/L（h板厚）

预防措施：1、采用优质的低氢焊接材料，并严格控制氢的来源，焊前烘干焊条和焊剂，仔细清楚焊接区的油污、水、铁锈等。2、焊前进行预热，焊接过程中控制层间温度不低于预热温度。焊后进行消氢或立即进行焊后热处理，使扩散氢能充分从焊缝

中逸出。3、确定合理的焊接热输入。热输入越大，焊接接头冷却时间越长，热影响区就可以减轻淬火，同事有利于氢的逸出，降低了冷裂纹倾向。但若焊接热输入过大，热影响区可能产生过热组织，使晶粒粗大，反而会降低焊接接头的抗裂性能。

热裂纹：

预防措施：1、采用碱性焊条和焊剂提高脱硫能力，控制焊缝中S,P等有害杂质的含量。2、焊前预热可减慢焊缝冷却速度，减小焊接应力。

再热裂纹：

焊接接头在焊后热处理过程中产生再热裂纹，从宏观上看可以认为是由于两个相互联系的重要条件引起的，一个是参与应力松弛时装应力集中部位引起的实际塑性变形量δp，另一个是应力集中部位产生裂纹的临界变形能力δc，当δp>δc时，也即塑性变形能力不能适应塑性变形的发展时，就可能在再热过程中产生再热裂纹。Δp与接头的拘束度，参与应力大小以及应力集中程度有关；δc与晶界聚合强度、晶内蠕变抗力及晶粒尺寸大小等因素有关。晶界的偏西对晶界的聚合强度影响很大，而晶内沉淀相的析出硬化对晶内的蠕变抗力有很大影响。另外，再热过程中晶内合金碳化物沉淀造成的二次硬化，使晶内蠕变抗力提高，促使蠕变易于集中于晶界，这样，在应力松弛过程中蠕变变形将集中于晶界附近，以致导致深长变形量很小的晶间断裂。12Cr1MoV再热裂纹敏感系数根据有关经验公式为：△G=Cr++>0,有产生再热裂纹的可能。

热影响区的软化问题

12Cr1MoV的焊接接头，在焊前预热和焊后热处理的工艺措施下，热影响区可能出现硬度和强度明显下降的软化区。这个软化区中的组织除了聚集了碳化物外，大部分是铁素体，同事还有奥氏体分解产物，形成所谓的“白带”组织，因为“白带”组织的出现，长期高温工作时，蠕变变形也很容易集中在这个部位而发生断裂，为了消灭这种组织，预热和焊后热处理温度必须十分谨慎。

实验：

再热裂纹敏感性评定：

1、再热裂纹敏感性评估

△G’=Cr+++10C-2

当△G’<时，对再热裂纹不敏感

2、再热裂纹C形曲线和不同焊后热处理温度下临界断裂初应力测定

插销应力松弛再热裂纹敏感性试验（GB9446-1995）——再热裂纹C形曲线测定、不同焊后热处理温度下临界断裂初应力值测定

斜Y型坡口再热裂纹试验