金属熔焊原理及材料焊接第六章 金属材料的焊接性及评定
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目前应用的碳当量计算公式:国际焊接学会 (IIW)推荐的CE、日本工业标准(JIS)规定 和美国焊接学会推荐的 Ceq。
碳当量计算公式和应用范围见表4
表4 碳当量计算公式和应用范围
碳当量计算公式
适用范围
国际焊接学会(IIW)推荐
中高强度的非调质低合金高强度钢
CE=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/ wc≥0.18% σb=500~900Mpa
➢ 使用日本工业标准(JIS)规定的Ceq(JIS):对板厚 小于20mm的钢材和采用焊条电弧焊时,对于强 度等级不同钢材规定了不产生裂纹的临界值和相
应的预热措施,见表5
表5 钢材强度级别与碳当量和预热温度的关系
钢材强度级别 (σb/MPa)
500
600
700
800
Ceq(JIS)(%)临界值
0.46 0.52 0.52 0.62
焊接性不是金属固有的属性 常用金属材料焊接难易程度见表1
表1 常用金属材料焊接难易程度
金属及合金
非合 金钢
铸铁 低合 金钢
不 锈 钢
低碳钢 中碳钢 高碳钢 灰铸铁
锰钢 铬钒钢
马氏体不锈 钢
铁素体不锈 钢
奥氏体不锈 钢
焊条 电弧 焊
A A A A A A
A
A
A
埋弧焊
CO2气体 保护焊
氩弧 焊Hale Waihona Puke Baidu
A
A
优质焊接接头应具备的两个条件:一是接头中 不允许存在超过质量标准规定的缺陷;二是要 具有预期的使用性能。
金属材料焊接性是指金属材料对焊接加工的适 应性,它包括工艺焊接性和使用焊接性。
➢ 1.工艺焊接性
工艺焊接性是指金属材料对各种焊接方法的适 应能力,也就是在一定的焊接工艺条件下能否 获得符合要求的优质焊接接头的能力。
15 (%)
日本工业标准(JIS)规定
Ceq(JIS)=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+ Mo/4+V/14 (%)
美国焊接学会(AWS)推荐 Ceq(AWS)=C+Mn/6+Si/24+Ni/15+Cr/ 5+Mo/4+Cu/13+P/2 (%)
调质低合金高强度钢
R b
=500~1000MPa
B
A
A
B
B
B
B
D
A
D
A
A
B
A
A
B
A
B
A
A
B
A
A
A
A
电渣 焊
电子 束焊
气焊
电阻焊
A
AA
A
B
AA
A
B
AA
D
B
DB
D
B
AB
D
B
AB
D
C
AB
C
C
AB
A
C
AB
A
注:A--通常采用,B--有时采用,C--很少采用,D--不采用
表1 常用金属材料焊接难易程度(续)
金属及合金
焊条 电弧
焊
埋弧焊
CO2气体 保护焊
氩弧 焊
➢ 能力知识点一 金属材料焊接性的评定内容
1.焊缝金属抵抗热裂纹的能力 2.焊缝及热影响区金属抵抗冷裂纹的能力 3.焊接接头抵抗脆性断裂的能力 4.焊接接头的使用性能
➢ 能力知识点二 金属材料焊接性评定及试验 方法(表3)
表3 金属材料焊接性评定及试验方法
工艺焊接性
使用焊接性
焊接热裂纹试验 焊接冷裂纹试验 直接法 消除应力裂纹试验 层状撕裂试验 焊接气孔敏感性试验
第六章 金属焊接性及评定
➢ 第一节 金属材料的焊接性 ➢ 第二节 金属材料焊接性评定方法
第一节 金属材料的焊接性
➢ 能力知识点一 金属材料焊接性的概念
金属材料焊接性根据GB/T3375-1994《焊接术 语》的定义:“金属材料在限定的施工条件下 焊接成规定设计要求的构件,并满足预定服役 要求的能力”。
化学成分wc≤0.20%、wsi≤0.55%、
wMn≤1.5%、wCu≤0.5%、wNi≤2.5%、
wCr≤1.25%、
wMo≤0.7%、wV≤0.1%、wB≤0.006%
碳钢和低合金高强钢 化学成分wc<0.6%、 wMn<1.6%、wNi<3.3%、wCr<1.0%、 wMo<0.6%、wCu=0.5%~1%、 wP=0.05%~0.15%
它不是金属材料本身所固有的性能,但取决于 金属的成分和性能,并且随着焊接方法、焊接 材料和工艺措施的发展而变化。
➢ 2.使用焊接性
使用焊接性是指焊接接头或整体结构满足技术 条件中所规定的使用性能的能力。它取决于焊 接结构所满足的技术条件规定的各种性能。
➢ 能力知识点二 金属材料焊接性的影响因素 材料因素 工艺因素 结构因素 使用条件
实际产品结构运行的服役试验 压力容器的爆破试验
用碳当量推测焊接性
焊缝及接头的常规力学性能试
裂纹敏感指数及临界应力 验
为判据
焊缝及接头的低温脆性试验
间接法
连续冷却组织转变图 断口分析及相组织分析
焊缝及接头的断裂韧性试验 焊缝及接头高温性能试验
焊接热影响区最高硬度 焊缝及接头耐蚀性、耐磨性及
应力腐蚀开裂试验
➢ 使用国际焊接学会(IIW)推荐的CE:对板 厚小于20mm的钢材,
当CE<0.4%时,钢材的淬硬倾向不大,焊接性 良好,焊前不需预热;
当CE=0.4~0.6%时,钢材易于淬硬,焊接性 较差,焊接时必须预热才能防止裂纹,随着板 厚及碳当量的增加,预热温度也相应提高;
当CE>0.6%时,钢材淬硬倾向很大,焊接性 差,焊接时必须采用严格的工艺措施如预热、 后热、缓冷等,以防止产生裂纹。
预热温度(℃)
不预热 75 100 150
➢ 使用美国焊接学会推荐的Ceq(AWS):应根据 Ceq(AWS) 值再结合焊件厚度,先从图1查出该钢 种焊接性的优劣等级,再根据表6确定出其焊接的
电渣 焊
电 子
束 焊
气焊
电阻 焊
纯铝
B
D
D
A
D AB
A
非热处理强 非 化铝合金
B
D
铁
金 热处理强化
属
铝合金
B
D
材
镁合金
D
D
料
钛合金
D
D
D
A
D AB
A
D
A
D AB
A
D
A
D BC
A
D
A
D AD
A
铜合金
B
D
C
A
D BB
C
注:A--通常采用,B--有时采用,C--很少采用,D--不采用
第二节 金属材料焊接性的评定方法
➢ 能力知识点二 常用焊接性分析与评定方法
1.碳当量法 2.焊接冷裂纹敏感指数法 3.利用金属材料的物理性能分析 4.利用金属材料的化学性能分析 5.利用合金相图或SHCCT(CCT)图分析
➢ 以上均为间接法
➢ 1.碳当量法
在钢材所含有的各种元素中,碳对冷裂敏感性 的影响最显著,因此将钢中各种元素都按相当 于若干含碳量折合并叠加起来即为“碳当量”, 并以此来判断钢材的淬硬倾向和冷裂敏感性, 进而推断钢材的焊接性。
碳当量计算公式和应用范围见表4
表4 碳当量计算公式和应用范围
碳当量计算公式
适用范围
国际焊接学会(IIW)推荐
中高强度的非调质低合金高强度钢
CE=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/ wc≥0.18% σb=500~900Mpa
➢ 使用日本工业标准(JIS)规定的Ceq(JIS):对板厚 小于20mm的钢材和采用焊条电弧焊时,对于强 度等级不同钢材规定了不产生裂纹的临界值和相
应的预热措施,见表5
表5 钢材强度级别与碳当量和预热温度的关系
钢材强度级别 (σb/MPa)
500
600
700
800
Ceq(JIS)(%)临界值
0.46 0.52 0.52 0.62
焊接性不是金属固有的属性 常用金属材料焊接难易程度见表1
表1 常用金属材料焊接难易程度
金属及合金
非合 金钢
铸铁 低合 金钢
不 锈 钢
低碳钢 中碳钢 高碳钢 灰铸铁
锰钢 铬钒钢
马氏体不锈 钢
铁素体不锈 钢
奥氏体不锈 钢
焊条 电弧 焊
A A A A A A
A
A
A
埋弧焊
CO2气体 保护焊
氩弧 焊Hale Waihona Puke Baidu
A
A
优质焊接接头应具备的两个条件:一是接头中 不允许存在超过质量标准规定的缺陷;二是要 具有预期的使用性能。
金属材料焊接性是指金属材料对焊接加工的适 应性,它包括工艺焊接性和使用焊接性。
➢ 1.工艺焊接性
工艺焊接性是指金属材料对各种焊接方法的适 应能力,也就是在一定的焊接工艺条件下能否 获得符合要求的优质焊接接头的能力。
15 (%)
日本工业标准(JIS)规定
Ceq(JIS)=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+ Mo/4+V/14 (%)
美国焊接学会(AWS)推荐 Ceq(AWS)=C+Mn/6+Si/24+Ni/15+Cr/ 5+Mo/4+Cu/13+P/2 (%)
调质低合金高强度钢
R b
=500~1000MPa
B
A
A
B
B
B
B
D
A
D
A
A
B
A
A
B
A
B
A
A
B
A
A
A
A
电渣 焊
电子 束焊
气焊
电阻焊
A
AA
A
B
AA
A
B
AA
D
B
DB
D
B
AB
D
B
AB
D
C
AB
C
C
AB
A
C
AB
A
注:A--通常采用,B--有时采用,C--很少采用,D--不采用
表1 常用金属材料焊接难易程度(续)
金属及合金
焊条 电弧
焊
埋弧焊
CO2气体 保护焊
氩弧 焊
➢ 能力知识点一 金属材料焊接性的评定内容
1.焊缝金属抵抗热裂纹的能力 2.焊缝及热影响区金属抵抗冷裂纹的能力 3.焊接接头抵抗脆性断裂的能力 4.焊接接头的使用性能
➢ 能力知识点二 金属材料焊接性评定及试验 方法(表3)
表3 金属材料焊接性评定及试验方法
工艺焊接性
使用焊接性
焊接热裂纹试验 焊接冷裂纹试验 直接法 消除应力裂纹试验 层状撕裂试验 焊接气孔敏感性试验
第六章 金属焊接性及评定
➢ 第一节 金属材料的焊接性 ➢ 第二节 金属材料焊接性评定方法
第一节 金属材料的焊接性
➢ 能力知识点一 金属材料焊接性的概念
金属材料焊接性根据GB/T3375-1994《焊接术 语》的定义:“金属材料在限定的施工条件下 焊接成规定设计要求的构件,并满足预定服役 要求的能力”。
化学成分wc≤0.20%、wsi≤0.55%、
wMn≤1.5%、wCu≤0.5%、wNi≤2.5%、
wCr≤1.25%、
wMo≤0.7%、wV≤0.1%、wB≤0.006%
碳钢和低合金高强钢 化学成分wc<0.6%、 wMn<1.6%、wNi<3.3%、wCr<1.0%、 wMo<0.6%、wCu=0.5%~1%、 wP=0.05%~0.15%
它不是金属材料本身所固有的性能,但取决于 金属的成分和性能,并且随着焊接方法、焊接 材料和工艺措施的发展而变化。
➢ 2.使用焊接性
使用焊接性是指焊接接头或整体结构满足技术 条件中所规定的使用性能的能力。它取决于焊 接结构所满足的技术条件规定的各种性能。
➢ 能力知识点二 金属材料焊接性的影响因素 材料因素 工艺因素 结构因素 使用条件
实际产品结构运行的服役试验 压力容器的爆破试验
用碳当量推测焊接性
焊缝及接头的常规力学性能试
裂纹敏感指数及临界应力 验
为判据
焊缝及接头的低温脆性试验
间接法
连续冷却组织转变图 断口分析及相组织分析
焊缝及接头的断裂韧性试验 焊缝及接头高温性能试验
焊接热影响区最高硬度 焊缝及接头耐蚀性、耐磨性及
应力腐蚀开裂试验
➢ 使用国际焊接学会(IIW)推荐的CE:对板 厚小于20mm的钢材,
当CE<0.4%时,钢材的淬硬倾向不大,焊接性 良好,焊前不需预热;
当CE=0.4~0.6%时,钢材易于淬硬,焊接性 较差,焊接时必须预热才能防止裂纹,随着板 厚及碳当量的增加,预热温度也相应提高;
当CE>0.6%时,钢材淬硬倾向很大,焊接性 差,焊接时必须采用严格的工艺措施如预热、 后热、缓冷等,以防止产生裂纹。
预热温度(℃)
不预热 75 100 150
➢ 使用美国焊接学会推荐的Ceq(AWS):应根据 Ceq(AWS) 值再结合焊件厚度,先从图1查出该钢 种焊接性的优劣等级,再根据表6确定出其焊接的
电渣 焊
电 子
束 焊
气焊
电阻 焊
纯铝
B
D
D
A
D AB
A
非热处理强 非 化铝合金
B
D
铁
金 热处理强化
属
铝合金
B
D
材
镁合金
D
D
料
钛合金
D
D
D
A
D AB
A
D
A
D AB
A
D
A
D BC
A
D
A
D AD
A
铜合金
B
D
C
A
D BB
C
注:A--通常采用,B--有时采用,C--很少采用,D--不采用
第二节 金属材料焊接性的评定方法
➢ 能力知识点二 常用焊接性分析与评定方法
1.碳当量法 2.焊接冷裂纹敏感指数法 3.利用金属材料的物理性能分析 4.利用金属材料的化学性能分析 5.利用合金相图或SHCCT(CCT)图分析
➢ 以上均为间接法
➢ 1.碳当量法
在钢材所含有的各种元素中,碳对冷裂敏感性 的影响最显著,因此将钢中各种元素都按相当 于若干含碳量折合并叠加起来即为“碳当量”, 并以此来判断钢材的淬硬倾向和冷裂敏感性, 进而推断钢材的焊接性。