焊接性及其试验方法

• （四）焊接接头冲击试验 • 试样尺寸如图所示： 试样尺寸如图所示：
•
示。 • •
缺口按要求可开在焊缝、熔合线或HAZ， 缺口按要求可开在焊缝、熔合线或HAZ，如图所 HAZ
冲击试样每组3 冲击试样每组3个。 试验按GB2106 80《金属夏比（ 形缺口） GB2106试验按GB2106-80《金属夏比（V形缺口）冲击试 验方法》 GB4159-84《金属低温夏比冲击试验方法》 验方法》和GB4159-84《金属低温夏比冲击试验方法》， 在冲击试验机上进行。 在冲击试验机上进行。 • （五）其它特殊性能试验 • 耐腐蚀性能试验、高温性能试验等。 如：耐腐蚀性能试验、高温性能试验等。
（1）材料因素 （2）工艺因素 （3）结构因素 （4）使用条件
三. 焊接性分析方法 工艺焊接性 使用焊接性
5.2 焊接性试验内容和方法
• 一.焊接性试验的内容 • (一)焊缝金属抵抗产生热裂纹的能力 • 热裂纹试验与焊接材料关系密切, 热裂纹试验与焊接材料关系密切, 母材也有一定的影响. 母材也有一定的影响. • (二)焊缝及焊接热影响区金属抵抗产生冷 裂纹的能力 • 冷裂纹试验是针对母材进行的试验
不同产品有不同使用性能要求，共同的性能要求 不同产品有不同使用性能要求， 是必需满足常规的力学性能要求。 是必需满足常规的力学性能要求。 （一）焊接接头常规力学性能试板制备 • 宽度：应满足焊接接头拉伸试样、 宽度：应满足焊接接头拉伸试样、弯曲试样长度要 求； • 长度：应满足制取各种性能试样以及舍弃部分的要 长度： 求； • 厚度：为焊件板厚。 厚度：为焊件板厚。 •
三.选择或制定焊接性试验方法的原则
• 1.焊接性试验条件要尽量与实际焊接时的 1.焊接性试验条件要尽量与实际焊接时的 条件相一致. 条件相一致. • 2.焊接性试验的结果要稳定可靠,具有较好 2.焊接性试验的结果要稳定可靠 焊接性试验的结果要稳定可靠, 的再现性. 的再现性. • 3.注意焊接性试验方法的经济性. 3.注意焊接性试验方法的经济性 注意焊接性试验方法的经济性.
（三)使用性能试验类: 三 使用性能试验类: 将施焊的焊接接头甚至产品在使用 条件下进行各方面性能的试验, 条件下进行各方面性能的试验,以试验结 果来评定焊接性. 焊缝及接头的拉伸、 果来评定焊接性.如:焊缝及接头的拉伸、 弯曲、冲击等力学性能、 弯曲、冲击等力学性能、高温蠕变及持 久强度试验、断裂韧性试验、 久强度试验、断裂韧性试验、低温脆性 试验、耐腐蚀及磨蚀试验、疲劳试验等. 试验、耐腐蚀及磨蚀试验、疲劳试验等.
工艺焊接性： 工艺焊接性：在一定焊接工艺条件 获得优质、 下，获得优质、无缺陷的焊接接头的能 力。 不是金属本身固有的性能， 不是金属本身固有的性能，而是根 据某种焊接方法和采用的具体工艺措施 来评定的。 来评定的。 使用焊接性: 使用焊接性:焊接接头满足某种使 用性能的能力。 用性能的能力。 包括力学性能、低温性能、 包括力学性能、低温性能、高温蠕 变、疲劳性能等
• 式中化学元素符号均表示元素在钢中的含量。 • ① Ceq＜0.4% 焊接性良好② Ceq=0.4%～0.6% 焊接性较差 • ③ Ceq＞0.6% 焊接性差
• 适用范围：中强度的非调质低合金钢（强度为 400～700MPa）
• 由美国焊接学会（AWS）推荐的公式 由美国焊接学会（ ） • Ceq = C + Mn/6 + Si/24 + Ni/15 + Cr/5 + Mo/4 + (Cu/13 + P/2)
预热１５０ １５０～ Ⅳ可以 预热１５０～ ２００℃ ２００℃
必要
希望
试验试板尺寸及焊缝的位置
可调拘束裂纹试验示意图
3.斜 形坡口焊接裂纹试验方（GB4675.1-84） 3.斜Y 形坡口焊接裂纹试验方（GB4675.1-84） 可用于评定钢材的冷裂敏感性， 可用于评定钢材的冷裂敏感性，也可 用于拟定焊接工艺。 用于拟定焊接工艺。 （1）制备试样，如下图： 制备试样，如下图：
• 国际焊接学会（ＩＩＷ）：适用于中强度 国际焊接学会（ＩＩＷ）：适用于中强度 （ＩＩＷ）： 的非调质低合金高强钢， 的非调质低合金高强钢， • Ceq ≤０.４５％，焊接厚度２５㎜的板件可 ４５％，焊接厚度２５ ０ ４５％，焊接厚度２５㎜ 以不预热， 以不预热， • Ceq ＜０.４１％时，焊接厚度为３７㎜的 ４１％ 焊接厚度为３７ ３７㎜ ４１ 板件可以不预热． 板件可以不预热．
试样上裂纹长度计算
插销冷裂纹试验方法具体过程 该方法是一种定量分析的试验方法。 该方法是一种定量分析的试验方法。 （1）制备试件 1）插销试件
2）底板
（2）装配试件
（3）试验方法
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• 1）堆焊焊缝 • 按选定的焊接参数堆焊一道长100 150mm长的 100～ 按选定的焊接参数堆焊一道长100～150mm长的 焊缝。 焊缝。 • 2）施加拉伸静载荷 • 当试件冷却到150℃时加预选载荷， 100℃前 150℃时加预选载荷 当试件冷却到150℃时加预选载荷，在100℃前 加载完毕。 加载完毕。
(三)焊接接头抗脆性转变能力 焊接接头抗脆性转变能力也是焊接 性试验常常涉及的一项内容。 (四)焊接接头的使用性能 根据特定的使用环境制定专门的试 验方法如：应力、腐蚀、蠕变辐射等.
二.焊接性试验方法的分类
(一)直接模拟试验类方法 仿造实际焊接条件,通过观察是否发生 某些焊接缺陷或发生缺陷的程度,直观的 评价焊接性的优劣. 常采用的方法有: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.
5.1 焊接性及其分析方法
•
一.金属焊接性 • 金属是否适应焊接加工而形成完整的、 金属是否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性能. 具备一定使用性能的焊接接头的性能. • 内涵：
• 1 工艺性能 ：金属焊接时对缺陷的 敏感性。 • 2 使用性能 ：焊成的接头在指定的使用 条件下可靠运行的能力。
• （2）试验方法 • 焊接拘束焊缝。先焊背面，再焊正面， 1）焊接拘束焊缝。先焊背面，再焊正面，交替 焊满坡口。 焊满坡口。 • 焊接试验焊缝。若评定钢材的冷裂敏感性， 2）焊接试验焊缝。若评定钢材的冷裂敏感性， 焊接参数为： 焊接参数为： =170± =24± 焊速V=150 V=150± Ig=170±10A; Ug=24±2V; 焊速V=150±10mm/min; 焊条直径Ф4 Ф4。 焊条直径Ф4。 • 若拟定焊接工艺，焊接参数是调整的对象。 若拟定焊接工艺，焊接参数是调整的对象。
不同条件下的预热要求： 不同条件下的预热要求：
焊接性 酸性焊条 Ⅰ优良 不需预热 预热４０ ４０～ Ⅱ较好 预热４０～ １００℃ １００℃ 预热１５０ １５０℃ Ⅲ尚好 预热１５０℃ 低氢焊条 不需预热 １０℃ －１０℃以上不 需预热 预热４０～ 预热４０～１０ ４０ ０℃ 预热１００℃ 预热１００℃ １００ 消除 应力 不需 任意 希望 敲击 处理 不需 任意 希望
• (3) 检测和计算 • 试件放置48h后，用眼睛或放大镜检查焊接接头表 试件放置48h后 48h 面是否有裂纹。 面是否有裂纹。 • 1）表面裂纹率Cf 表面裂纹率C • L） 100%﹪ Cf = （∑Lf / L）× 100%﹪ • 式中： 表面裂纹长度之和（ 式中：∑Lf—表面裂纹长度之和（mm)； 表面裂纹长度之和 mm)； • 试验焊缝长度(mm) L —试验焊缝长度(mm)。 试验焊缝长度(mm)。 • 2）根部裂纹率Cr 根部裂纹率Cr • 先将试件着色弯断，检查焊根处的裂纹。 先将试件着色弯断，检查焊根处的裂纹。 • L)× Cr = (∑Lr / L)×100% • 式中： Lr—焊根裂纹长度之和 mm），见下图； 焊根裂纹长度之和（ ），见下图 式中：∑Lr 焊根裂纹长度之和（mm），见下图； • 试验焊缝长度（ L—试验焊缝长度（mm）。 试验焊缝长度 mm）。
主要内容
• 第一节 金属焊接性的概念 • 第二节 焊接性的试验 • 第三节 常用焊接性试验方法
金属材料在焊接过程中要经过加 熔化、化学反应、结晶、冷却、 热、熔化、化学反应、结晶、冷却、 固态相变等一系列复杂的过程， 固态相变等一系列复杂的过程，以上 的过程都是在温度、成分、 的过程都是在温度、成分、应力极不 平衡的条件下进行， 平衡的条件下进行，有可能在焊接过 程中形成缺陷， 程中形成缺陷，或使金属的焊接性能 满足不了使用需求． 满足不了使用需求．为了从焊接角度 分析金属的某些特定的性能， 分析金属的某些特定的性能，就提出 了所谓焊接性的问题． 了所谓焊接性的问题．
• 3）保持载荷，并记时。 保持载荷，并记时。 • 如果保持载荷达到16h不断， 16h不断 如果保持载荷达到16h不断，此应力为临界应力 • σcr。试验结果可画出曲线。 试验结果可画出曲线。 • 判据： 认为工艺安全。 判据：当 σcr > σs 时，认为工艺安全。
• 使用焊接性直接试验方法
• （三）焊接接头弯曲试验 • 试样种类和数量按相关标准制取。如无注明， 试样种类和数量按相关标准制取。如无注明，可 制取正弯、背弯、侧弯试样各不少于1 制取正弯、背弯、侧弯试样各不少于1个，纵弯不少于 尺寸按GB2649 89中的规定 GB2649- 中的规定。 2个。尺寸按GB2649-89中的规定。 • 试验按GB232 88《金属弯曲试验法》 GB232试验按GB232-88《金属弯曲试验法》，在拉力机 上进行。 上进行。
5.3 常用工艺焊接性试验方法
1.碳当量的间接估测法 粗略估计低合金钢淬硬及冷裂敏感性的方法 碳当量：把钢中合金元素(包括碳)的含量按 其对焊接性的影响作用换算成碳的相当含量， 作为评定钢材焊接性的一种参考指标。
• 国际焊接学会推荐用于碳钢和低合金钢的碳 当量(Ceq)计算公式：
Mn Cr + Mo + V Ni + Cu Ceq = C + + + % 6 5 15
• 3 ）断面裂纹率Cs 断面裂纹率C • 对试验焊缝，沿长度方向切取四等份，检查5 对试验焊缝，沿长度方向切取四等份，检查5 个断面的裂纹深度。 个断面的裂纹深度。 • 100%﹪ Cs = ( Hc / H ) ×100%﹪ • 式中： 断面裂纹的高度（ 见下图； 式中：Hc —断面裂纹的高度（mm),见下图； 断面裂纹的高度 mm),见下图 • 试验焊缝的最小厚度（ 见下图。 H —试验焊缝的最小厚度（mm),见下图。 试验焊缝的最小厚度 mm),见下图
金属焊接性的评价： 金属焊接性的评价： 焊接过程简单.接头质量高. 焊接过程简单.接头质量高.接头使用性 能好，金属材料的焊接性好． 能好，金属材料的焊接性好． 焊接过程复杂.接头质量差. 焊接过程复杂.接头质量差.接头使用性 能差，金属材料的焊接性差． 能差，金属材料的焊接性差．
二.焊接性的影响因素
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4.插销试验 插销试验 主要测定钢材焊接热影响区冷裂纹敏 感性的一种定量试验方法．经适当改变， 感性的一种定量试验方法．经适当改变，也 可以用于测定再热裂纹敏感性和层状撕裂敏 感性． 感性． 具有钢材消耗量小、 具有钢材消耗量小、试验结果稳定可靠等优 在国内外得到广泛应用。 点，在国内外得到广泛应用。其工作简图和 缺口试棒参见课本或《焊接工艺手册》 缺口试棒参见课本或《焊接工艺手册》。
(二)间接推算类方法: 间接推算类方法:
不需要焊接焊缝, 不需要焊接焊缝,而是根据材料的化学成 金相组织、力学性能之间的关系, 分、金相组织、力学性能之间的关系,联系焊 接热循环过程进行推测和评估, 接热循环过程进行推测和评估,从而确定焊接 性的好坏和合适的焊接条件.使用的方法主要 性的好坏和合适的焊接条件. 碳当量法、焊接裂纹敏感指数法、 有: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、 ---应力模拟法 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及断口金相分析等. 焊接热影响区最高硬度法及断口金相分析等.