焊接性试验

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第四节 利用焊接性试验拟定焊接工艺的 -1994《焊接术语》中下的定义是：
•
焊接工艺是制造焊件所有关的加工方法和实施要
求。包括：
•
1 焊前准备
•
2 选择焊接方法
•
3 选择焊接材料
•
4 选择焊接参数：例如：焊接电流、电弧电压、
• 厚度：为焊件板厚。
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• （二）焊接接头拉伸试 验
• 板接头板形拉伸试样 如图所示，至少1个。
• 按GB228-87《金属 拉伸试验法》，在拉力 机上进行。
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• （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，可制
取正弯、背弯、侧弯试样各不少于1个，纵弯不少于2 个。尺寸按GB2649-89中的规定。 • 试验按GB232-88《金属弯曲试验法》，在拉力机 上进行。
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第六节 金属焊接性试验工程应用实例
—— 拟定20MnMoNb钢大厚度高压蓄势水罐焊接工艺（自学）
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• 一 金属焊接性间接试验方法
• 有碳当量法、冷裂敏感指数法、SH-CCT图法、焊接
热模拟试验法等。
• 1 碳当量法
• (1) 由国际焊接学会（IIW）推荐的公式
• CE(IIW)= C + Mn /6 +（Cr + Mo+V）/5+（Cu+ Ni）/15
• 适用范围：中、高强度的非调质低合金高强钢（强度 为 500～900MPa）
•
a 利用工艺焊接性试验（焊接冷裂纹敏感性试验）
确定热输入E的下限
•
E = 36IU/V
•
b 利用使用焊接性试验（焊接接头冲击试验）确
定热输入E的上限。
• 4 确定工艺措施
• 当按上述方法确定的热输入下限高于上限时，应考 虑采用预热、缓冷、后热、焊后热处理等工艺措施。
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第五节 常用的金属焊接性试验方法
试验方法有甘油法、水银法、色谱法等，常用的
是甘油法。
1 甘油法试验原理：
焊接试样，利用仪器收
集从试样扩散出来的氢气。
2 测定装置：如图所示。
3 试样：焊条电弧焊： 100×25×12mm
4 试验方法：试样焊接 以后，用丙酮清洗、吹干； 在90s内放入氢气收集器内； 经72h后读取气体读数Vo。 p.1
• 二 金属焊接性试验的内容
• 1 工艺焊接性试验
• 目的：考察金属材料的结合性能
• （1）焊接裂纹敏感性试验
•
a 焊接冷裂纹敏感性试验
•
b 焊接热裂纹敏感性试验
•
c 焊接再热裂纹敏感性试验
•
d 层状撕裂敏感性试验等p.1
• （2） 析因理化试验
•
a 焊接材料熔敷金属扩散氢试验
•
b 焊缝和母材化学成分分析试验
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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
•
C = (∑li / ∑Li ) ×100%﹪
• 式中：∑Lr—焊根裂纹长度之和（mm），见下图；
•
L—试验焊缝长度（mm）。
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动画
• 3 ）断面裂纹率Cs
•
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。
•
Cs = ( Hc / H ) ×100%﹪
• 式中：Hc —断面裂纹的高度（mm),见下图；
•
H —试验焊缝的最小厚度（mm),见下图。
• 如：耐腐蚀性能试验、高温性能试验等。
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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。
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(一）焊接材料熔敷金属扩散氢测定试验
•
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二 试验方法的选用原则
• 1 尽可能地接近产品的 结构条件和使用条件
• 焊接接头型式相对应；
• 试件略大于焊件的拘 束度RF。
•
RF=K1δ=Eδ/L
• 式中：K1—拘束系数；
•
δ—板厚；
•
E—弹性模量；
•
L—拘束长度。
• 2 具有较好的再现性和 试验精度。
• 3 经济简便。 p.1
焊接速度等。
•
5 制定工艺措施：例如：预热、焊后缓冷、焊后
热处理 、焊后去氢处理等 。
•
6 制定操作要求
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•
二 拟定焊接工艺的基本思路
• 1 选择焊接方法
• 依据：a 被焊材料的种类；
•
b 焊接产品的结构特点；
•
c 生产效率和生产成本。
• 2 选择焊接材料
• 依据：a 被焊材料的化学成分或力学性能；
•
c 焊接接头金相试验
•
d 焊接接头硬度试验等
• 2 使用焊接性试验
• 目的：考察焊接接头的使用性能
• （1） 焊接接头力学性能试验
•
如：拉伸试验、弯曲试验、冲击试验等。
• （2）其它特殊性能试验
•
如：焊接接头抗脆断试验、耐腐蚀性试
验、高温性能试验等。
• （3） 析因理化试验
•
如：焊接断口试验，焊接金相试验等。
5 计算： V o = PVTo/PoWT ×100
式中： P — 实验室气压 KPa ; V — 收集的氢气体积数 ml ; W — 熔敷金属质量 （焊后试样质量—焊前试样质量） g ; Po — 101 KPa ; To — 273 K ; T — （273+t） k ; t — 恒温箱中的温度 ℃。
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第三节 金属焊接性试验方法的分类及选 用原则
• 一 试验方法的分类
•
1 按试验者与研究对象的关系分类
• （1）间接试验：以推理或模拟为主要特征；
• （2）直接试验：以焊接试件为主要特征。
•
2 按照金属焊接性的内涵分类
• （1） 工艺焊接性试验：评定结合性能；
• （2） 使用焊接性试验：评定使用性能。
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• 2 插销冷裂纹试验方法（GB9446-88) • 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
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2）底板 （2）装配试件
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（3）试验方法 动画
• 1）堆焊焊缝 • 按选定的焊接参数堆焊一道长100～150mm长的
焊缝。 • 2）施加拉伸静载荷 • 当试件冷却到150℃时加预选载荷，在100℃前加
•
b 产品的工作条件和使用性能要求；
•
c 焊件刚性的大小、几何形状的复杂程度；
•
d 焊接施工条件；
•
f 劳动生产率和经济合理性。
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• 3 选择焊接参数
• （1）利用间接的焊接性试验方法分析材料的焊接性 和初步拟定焊接参数。
• （2）利用直接的焊接性试验方法对初步拟定的焊接 参数进行检验和调整。
•
可用于评定钢材的冷裂敏感性，也可用于拟定焊接工艺。
• （1）制备试样，如下图：
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• （2）试验方法 • 1）焊接拘束焊缝。先焊背面，再焊正面，交替焊
满坡口。 • 2）焊接试验焊缝。若评定钢材的冷裂敏感性，焊
接参数为： Ig=170±10A; Ug=24±2V; 焊速 V=150±10mm/min; 焊条直径Ф4。 • 若拟定焊接工艺，焊接参数是调整的对象。
• （1）结构形式；（2）
服役条件。 p.1
第二节 金属焊接性试验的目的和内容
• 一 金属焊接性试验的目的
• 1 评定金属材料的焊接性；（按照有关标准规定的试件
尺寸和焊接参数试验）
• 2 研制和开发新型的焊接材料；（同上）
• 3 拟定产品的焊接工艺；（试件尺寸应符合产品特点， 焊接工艺参数是调整的对象）
• 内涵：1 结合性能 ：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。
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二 影响金属焊接性的因素
• 1 材料因素
• （1）化学成分；（2）
物理、化学性能；（3）
冶炼方法等。
• 2 制造因素
• （1）焊接方法；（2） 焊接材料；（3）焊接参
数等。
• 3 结构因素（含服役 条件）
• 式中：∑li —4条试验焊缝上的裂纹长度之和（mm）；
•
∑Li —4条焊缝的长度之和（mm ）。
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• 三 使用焊接性直接试验方法
•
不同产品有不同使用性能要求，共同的性能要求
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、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求；
每组做4个试样，求平均值。 p.1
（二）焊接接头金相分析试验
图示
从裂纹试件截取金相分析试样，对断面进行磨光、抛光 和浸蚀，在光学显微镜下观察。
观察部位：焊缝、熔合
区、HAZ、母材。
（三）焊接接头维氏硬度试验
在金相分析试样断面画一 条平行于表面，且穿过各个区 的直线，在维氏硬度计上打硬 度。每隔0.5mm打一硬度，分 布曲线如图所示，取HVmax为 评定参数。