材料焊接性第2章焊接性及其试验评定

合集下载

材料焊接性

焊接性：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：指金属或材料在一定的焊接工艺条件下，能否获得优质致密、无缺陷和具有一定使用性能的焊接接头的能力。

冶金焊接性：熔焊高温下的熔池金属与气相、熔渣等相之间发生化学冶金反应所引起的焊接性变化。

屈强比：屈服强度与抗拉强度之比称为屈强比（σs/σb）焊缝强度匹配系数：焊缝强度与母材强度之比S＝(σb)w/(σb)b，是表征接头力学非均质性的参数之一。

碳当量法：各种元素中，碳对冷裂纹敏感性的影响最显著。

可以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，即所谓碳当量（CE或Ceq）。

点腐蚀：金属材料表面大部分不腐蚀或腐蚀轻微，而分散发生的局部腐蚀应力腐蚀：不锈钢在特定的腐蚀介质和拉应力作用下出现的低于强度极限的脆性开裂现象。

1、影响材料焊接性的因素：材料、设计、工艺和服役环境2、合金结构钢按性能分类可分为：强度用钢和低中合金特殊用钢3、强度用钢：热轧及正火钢、低碳调质钢、中碳调质钢4、焊缝中存在较高比例针状铁素体组织时，韧性显著提高，韧脆转变温度降低5、低碳调质钢的种类：高强度结构钢、高强度耐磨钢、高强度韧性钢；成分：碳质量分数不大于0.22％。

热处理的工艺一般为奥氏体化→淬火→回火，经淬火回火后的组织是回火低碳马氏体、下贝氏体或回火索氏体6、中碳调质钢成分：含碳量Wc=0.25％~0.5％较高，并加入合金元素（Mn、Si、Cr、Ni、B）以保证钢的淬透性7、提高耐热钢的热强性三种合金方式：基体固溶强化、第二相沉淀强化、晶界强化8、不锈钢的主要腐蚀形式：均匀腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀9、铜及铜合金分为工业纯铜、黄铜、青铜及白铜10、不锈钢的分类：按化学成铬不锈钢、铬镍不锈钢、铬锰氮不锈钢按用途不锈钢、抗氧化钢、热强钢按组织奥氏体钢、铁素体钢、马氏体钢、铁素体-奥氏体双相钢、沉淀硬化钢11、铝合金的性质：化学活性强、表面极易氧化、导入性强、易造成不溶合、易形成杂质12、铸铁分为：白口铸铁、灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁及蠕墨铸铁13、引起应力腐蚀开裂条件：环境、选择性的腐蚀介质、拉应力1、材料焊接性包含的两个含义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可靠运行的能力。

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。

金属材料的焊接性

第三节金属材料的焊接性1. 焊接性的概念—定焊接技术条件下，获得优质焊接接头的难易程度，即金属材料对焊接加工的适应性称为金属材料的焊接性。

2．焊接性的评价1) 碳当量法碳当量是把钢中的合金元素(包括碳)的含量，按其作用换算成碳的相对含量。

国际焊接学会推荐的碳当量(CE)公式为：％）＋＋＋＋＋＋＝10015)Cu ()Ni (5)V ()Mo ()Cr (6)Mn ()C ([CE ⨯ωωωωωωω 式中，ω(C)、ω(Mn)等－碳、锰等相应成分的质量分数(%)。

当CE<0.4％时，钢材的塑性良好，淬硬倾向不明显，焊接性良好。

在一般的焊接技术条件下，焊接接头不会产生裂纹，但对厚大件或在低温下焊接，应考虑预热；当CE 在0.4～0.6％时，钢材的塑性下降，淬硬倾向逐渐增加，焊接性较差。

焊前工件需适当预热，焊后注意缓冷，才能防止裂纹；当CE>0.6％时，钢材的塑性变差。

淬硬倾向和冷裂倾向大，焊接性更差。

工件必须预热到较高的温度，要采取减少焊接应力和防止开裂的技术措施，焊后还要进行适当的热处理。

2)冷裂纹敏感系数法冷裂纹敏感系数的其计算式为：％＋＋＋＋＋＋＝100]60060]H [)B (510)V (15)Mo (60)Ni (20)Cu ()Mn ()Cr (30)Si ()C ([⨯++++h P W ωωωωωωωωω式中P W －冷裂纹敏感系数；h －板厚；[H]－100g 焊缝金属扩散氢的含量(mL)。

冷裂纹敏感系数越大，则产生冷裂纹的可能性越大，焊接性越差。

3．低碳钢的焊接低碳钢的CE 小于0.4％，塑性好，一般没有淬硬倾向，对焊接热过程不敏感，焊接性良好。

4．中、高碳钢的焊接中碳钢的CE 一般为0.4％～0.6％，随着CE 的增加，焊接性能逐渐变差。

高碳钢的CE 一般大于0.6％，焊接性能更差，这类钢的焊接—般只用于修补工作。

为了保证中、高碳钢焊件焊后不产生裂纹，并具有良好的力学性能，通常采取以下技术措施：1)焊前预热、焊后缓冷焊前预热和焊后缓冷的主要目的是减小焊接前后的温差，降低冷却速度，减少焊接应力，从而防止焊接裂纹的产生。

焊接性及其试验评定

4）模拟应力应变对组织转变及裂纹形成影响的规律。
例如，对低合金高强钢作焊接热裂纹模拟试验，采用带缺口的试样，参照图2-1所示的焊接消除应力的试验程序进行模拟试验。先进行峰值温度为1350℃的焊接热循
图2-1 焊后热处理及再热裂纹试验程序 a) 温度循环 b) 应变循环 c) 应力循环
环（包括给定的冷却时间t8/5），当试样冷
2.1 焊接性及影响因素
2.1.1 焊接性概念
定义: 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。换句话说，焊接性是材料焊接加工的适应性，指材料在一定的焊接工艺条件下（包括焊接方法、焊接材料、焊接参数和结构形式等），获得优质焊接接头的难易程度和该焊接接头能否在使用条件下可靠运行。
(1) 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、熔渣等相之间发生化学冶金反应所引起的焊接性变化。这些冶金过程包括：合金元素的氧化、还原、蒸发，从而影响焊缝的化学成分和组织性能；氧、氢、氮等的溶解、析出对生成气孔或对焊缝性能的影响；在焊缝结晶及冷却过程中，由于焊接熔池的化学成分、凝固结晶条件以及接头区热胀冷缩和拘束应力等影响，有时产生热裂纹或冷裂纹。
从理论上分析，任何金属或合金，只要在熔化后能够互相形成固溶体或共晶，都可以经过熔焊形成接头。同种金属或合金之间可以形成焊接接头，一些异种金属或合金之间也可以形成焊接接头，但有时需要通过加中间过渡层的方式实现焊接。
2．冶金焊接性和热焊接性
对于熔焊来说，焊接过程一般包括冶金过程和热过程这两个必不可少的过程。在焊接接头区域，冶金过程主要影响焊缝金属的组织和性能，而热过程主要影响热影响区的组织和性能。

金属焊接性及其试验方法

• (2)严格按规定处理焊接材料焊条、焊剂应按规定烘干和保存；焊丝应严格除油、除锈；保护气体要经提纯去除杂质后使用。
• (3)合理安排焊接顺序大件或复杂形状的工件焊接时，为减少应力及变形，必须安排好各条焊缝的焊接次序。焊接次序安排不当，会影响接头性能，甚至引起焊接缺陷，从而使焊接性变差。
• (4)正确制定焊接规范只有焊接规范适当时，才能保证良好的熔合比和焊缝形状系数。这不仅对防止产生裂纹等缺陷是必要的，而且对保证接头性能也是十分重要的。除了控制线能量外，还要控制焊接电流、电弧电压及焊接速度，使之保持在一定的范围内。此外，预热温度和层间温度的控制也是不可忽视的。
• 二、烽接性试验方法分类
• 评定焊接性的方法有许多种，按照其特点可以归纳为以下几种类别：
• (一)直接模拟试验类
• 这类焊接性评定方法一般是仿照实际焊接的条件，通过焊接过程观察是否发生某种焊接缺陷或发生缺陷的程度，直观地评价焊接性的优劣，有时还可以从中确定必要的焊接条件。
• (1)焊接冷裂纹试验常用的有插销试验、斜Y坡口对接裂纹试验、拉伸拘束裂纹试验(TRC)、刚性拘束裂纹试验 (RRC)等。
• (2)焊接热裂纹试验常用的有可调拘束裂纹试险、压板对接（FISCO）焊接裂纹试验、窗形拘束对接裂纹试验、刚性固定对接裂纹试验等
• (3)再热裂纹试验有H型拘束试验、缺口试棒应力松弛试验、U形弯曲试验等。还可以利用插销试验进行再热裂纹试验。
• (4) 层状撕裂试验常用的有Z向拉伸试验、Z向窗口试验、 Cranfield试验等。
通常是通过热裂纹试验来进行的。
(二)焊缝及热影响区金属抵抗产生冷裂纹的能力
•
焊缝及热影响区金属在焊接热循环作用下，由于组织

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

《材料焊接性》课件

定期对焊接设备进行维护和检查，确保设备正常运行，防止因设备故障导致的安全事故。
焊接生产中的环保问题
02
01
03
焊接过程中会产生烟尘、废气、噪音等污染物，对环境造成一定的影响。
焊接设备的选用应符合环保要求，尽量选择低烟尘、低噪音的设备。
定期对焊接设备进行环保检测，确保设备符合相关环保标准。
焊接废弃物的处理与再利用
超声波焊接技术
超声波振动焊接
利用超声波振动使材料产生局部高温和压力，从而实现材料的连接。超声波振动焊接具有快速、低成本和高质量等特点，适用于塑料、纸张和布料等材料的焊接。
VS
高频感应焊接
利用高频电流产生磁场，使金属材料产生涡流热并熔化，最终连接在一起。高频感应焊接具有高效、节能和环保等特点，适用于薄板和管材的焊接。
无损检测
利用超声波、射线、磁粉等方法，对焊接接头进行无损检测，以发现潜在的缺陷和问题。
05
焊接安全与环保
焊接作业安全防护
焊接作业人员应穿戴防护服、佩戴护目镜、手套等个人防护装备，以减少焊接过程中产生的飞溅、弧光和高温对人体的伤害。
在焊接作业现场，应设置相应的安全警示标识，提醒作业人员注意安全。
焊接工艺参数的调整与控制
在焊接过程中，根据实际情况对工艺参数进行调整和控制，确保焊接质量的稳定性和可靠性。
04
焊接质量与检验
焊接质量标准与评定
焊接质量标准
根据不同的材料和焊接工艺，制定相应的焊接质量标准，包括焊接接头的强度、致密性、抗腐蚀性等方面的要求。
焊接质量评定
通过检验和测试，对焊接接头进行质量评定，确保其满足设计要求和使用性能。
如熔化焊、压力焊、钎焊等，每种工艺有其适用的范围和特点，需根据具体艺进行可行性评估，确保其能够满足焊接要求，并考虑生产效率和成本等因素。

复习题

****************第二章焊接性及试验评定一、名词解释1 焊接性：2结合性能：3使用性能：4工艺焊接性：5使用焊接性：6冶金焊接性：7热焊接性：8再热裂纹：9焊接热裂纹：10焊接冷裂纹：11层状撕裂：。

12延迟裂纹：13碳当量：14 t8/5：二、填空题1.焊接性包括和两个方面的含义。

2.研究焊接性的目的在于查明材料在指定的焊接工艺条件下可能出现的问题，以确定的合理性或材料的。

3金属材料的结合性能和使用性能也分别称为和。

4一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称为材料的，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称为材料的。

5金属或材料在一定的焊接工艺条件下，能否获得优质致密、无缺陷和具有一定使用性能的焊接接头的能力称为材料的。

6焊接接头或整体焊接结构满足技术条件所规定的各种性能的程度称为材料的。

7焊接性的评价标准是焊接工艺过程简单而接头，就称为焊接性好。

8分析焊接性问题必须联系和。

9在焊接接头区域，冶金过程主要影响的组织和性能，热过程主要影响的组织和性能。

10 本身的化学成分和物理性能对热焊接性具有十分重要的意义。

11为了改善热焊接性，除了选择适当母材之外，还要正确选定和热输入。

12影响焊接性的因素有、、、。

13影响焊接性的设计因素不但受到材料的影响，而且在很大程度上还受到的影响。

14影响焊接性的工艺因素包括施工时所采用的、焊接工艺规程和焊后等。

15影响焊接性的材料因素包括和使用的。

16设计结构时应使接头处的应力处于的状态，能够自由收缩，这样有利于减小应力集中和防止焊接裂纹。

17焊接性试验的内容有焊缝金属抵抗产生的能力、焊缝及热影响区抵抗产生能力、焊接接头的能力、焊接接头的。

18热裂纹形成的原因有和。

19冷裂纹形成的原因、、。

20评定焊接性的原则主要包括一是评定焊接接头产生的倾向；二是评定焊接接头能否满足结构的要求。

21焊接性试验方法应符合的原则有、、、。

中国船级社材料与焊接规范2016第一次修订

第 3 节高强度船体结构用钢
高强度船体结构用钢的化学成分
3.3.2.1
等级
AH32，AH36，AH40，DH32，DH36，DH40， EH32，EH36，EH40
FH32，FH36，FH40
C
≤0.18
≤0.16
Mn
0.90~1.60①
0.90~1.60
Si
≤0.50
≤0.50
S
≤0.035
≤0.025
P
≤0.035
≤0.025
Al(酸溶)
>≥0.015②③
≥0.015②③
化学成分(%)⑤⑥
Nb④ V④
0.02~0.05③ 0.05~0.10③
0.02~0.05③ 0.05~0.10③
Ti④
≤0.02
≤0.02
Cu
≤0.35
≤0.35
Cr
≤0.20
≤0.20
Ni
≤0.40
≤0.80
Mo
≤0.08
≤0.08
2.2.7.7 拟认可的环氧机座垫片的使用条件为：在使用过程中由设备本身自重产生的静
载荷通常应不大于 0.7N/mm2，环氧垫片承受的最大静载荷(设备自重加螺栓紧固力)通常应
不大于 4.5N/mm2，使用温度不超过 80℃。浇注体的性能要求见表 2.2.7.7。
环氧机座垫片浇注体性能要求
表 2.2.7.7
第 2 篇非金属材料
第 2 章塑料材料
第 2 节原材料
2.2.6.10 泡沫芯材和轻木作为夹层结构的结构芯层，尚应制成两种典型厚度(15mm 和 30mm)的夹层结构板，进行四点弯曲剪切性能试验（ASTM C393）。夹层结构板制备要求如下：

金属材料焊接性及试验方法

上一页下一页返回
1.2 金属材料的焊接性试验方法
• 1.2.2金属材料焊接性的试验方法与选择原则 • 1.焊接性试验方法分类 • 金属材料焊接性试验的方法很多，根据试验内容和特点可以分为工艺
焊接性和使用焊接性两大方面的试验，每一方面又可分为直接法和间接法两种类型。 • 直接法有两种情况:一种是模拟实际焊接条件，通过实际焊接过程考查是否发生某种焊接缺陷或发生缺陷的严重程度，根据结果直接评价材料焊接性;也可以通过试验确定出获得符合要求的焊接接头所需的焊接条件，这种情况一般用于工艺焊接性试验。另一种情况是直接在实际产品上进行焊接性试验。例如，压力容器的焊接试板主要用于使用焊接性试验。
上一页下一页返回
1.1 金属材料的焊接性
• 不同板厚、不同接头形式或坡口形状其传热方向和传递速度不一样，从而对熔池结晶方向和晶粒长大产生影响。结构的形状、板厚和焊缝的布置等决定接头的刚度和拘束度，对接头的应力状态产生影响。不良的结晶形态、严重的应力集中和过大的焊接应力是形成焊接裂纹的基本条件。
上一页下一页返回
1.2 金属材料的焊接性试验方法
• 间接法一般不需要焊接，只需对产品使用的材料做化学成分、金相组织、力学性能的试验，并进行分析与测定，根据结果和经验推测材料的焊接性。
• 金属材料焊接性试验方法分类见表1-1。 • 2.焊接性试验方法的选择原则 • 选择焊接性试验方法时一般应遵循下列原则。 • (1)针对性所选择的试验方法，其试验条件要尽量与实际焊接时的条
上一页下一页返回
1.2 金属材料的焊接性试验方法
• 1.2.4金属材料工艺焊接性试验方法
• 一、斜Y形坡口焊接裂纹试验法 • 这是一种在工程上广泛应用的试验方法。该试验广泛应用于评定碳钢

常用金属材料的焊接性

一般焊件不会产生裂纹。
当 CE=0.4~0.6%时，塑性下降，淬硬及冷裂倾向明显，焊接性较差。
焊前适当预热，焊后缓慢冷却。
当 CE＞0.6%时，塑性较差。淬硬和冷裂倾向严重，焊接性很差，
焊前需要高温预热，焊接时要采取减少焊接应力和防止裂纹的工艺措施，焊后需要进行适当热处理等。
3、碳钢的焊接性（1）低碳钢的焊接：C＜0.25%，塑性好，无淬硬倾向，焊接性好，
无需任何工艺措施，适于各种方法。（2）中碳钢的焊接： C=0.25-0.6%，淬火钢，焊接性由良好→差。
焊缝及热影响区易产生气孔、裂纹。工艺措施： ①焊前预热（150~250 ℃ ），焊后缓冷并去应力回火。 ②焊件开坡口，且采用细焊条、小电流、多层焊。 ③选用塑、韧性好的低氢型焊条，提高焊缝塑性，防止裂纹。
（3）高碳钢的焊接：含碳量高，导热性差，淬硬倾向大，一般不用于制造焊接结构，仅对损坏的机件进行焊补。焊补时也要采取与中碳钢类似的工艺措施，以避免产生裂纹。
4、低合金结构钢的焊接性普低钢的焊接性与低碳钢类似，但σb↑→焊接性↓
低强度普低钢：σs＜400MPa， CE ＜0.4%，焊接性良好，无需工艺措施。如：16Mn、9Mn2。
（2）铸铁焊补方法 ①热焊法：焊前将焊件整体或局部预热至600~700℃并施焊，焊后缓冷。用于形状复杂，焊后需要机械加工的重要件。如汽缸体、汽缸盖、机床导轨等。
5、铸铁的焊补 ②冷焊法：焊前不预热或低温预热（400 ℃）的焊补方法。用于易变形件焊补。冷焊法主要依靠焊条来调整焊缝的化学成分，增强焊缝的石墨化能力，以防止或减少白口和裂纹的产生：
常用金属材料的焊接性
1、焊接性概念
焊接方法、材料、焊接规范、结构型式、预热及热处理等。

材料焊接性第2章 焊接性及其试验评定

材料焊接性

材料焊接性

金属材料的焊接性

焊接性及其试验评定

金属焊接性及其试验方法

焊接性及其试验评定

《材料焊接性》课件

复习题

中国船级社材料与焊接规范2016第一次修订

金属材料焊接性及试验方法

常用金属材料的焊接性

材料焊接性第2章焊接性及其试验评定