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材料焊接性第2章 焊接性及其


第2章 焊接性及其试验评定
为什么要研究材料的焊接性? 为什么要研究材料的焊接性?
焊接加工

焊接缺陷

焊接 裂纹

气 孔

夹渣 等

2.1 焊接性及影响因素
2.1.1 焊接性概念
焊接性是指同质材料或异质材料在 制造工艺条件下

, 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。 整接头并满足预期使用要求的能力。 一是材料在焊接加工中是否容易 形成接头或产生缺陷; 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。 可靠运行的能力。

图1 “神舟”5号发射(左)“神舟”5号飞船返回舱(右) 神舟” 号发射( 神舟” 号飞船返回舱( 神舟

神舟” 号发射( 神舟” 号飞船返回舱( 图2 “神舟”6号发射(左)“神舟”6号飞船返回舱(右) 神舟

左图13 叶片转轮; 图3 世界最大的三峡水轮机转轮 (左图13 叶片转轮; 右图:15叶片转轮 叶片转轮) 右图:15叶片转轮)

1.工艺焊接性和使用焊接性
结合 性能 焊接性 使 用 焊 接 性 充分 理解

工艺焊接性

使用 性能

2.冶金焊接性和热焊接性
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、 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。 学冶金反应所引起的焊接性变化。 焊接过程中要向接头区域输入很多 热量, 热量,对焊缝附近区域形成加热和 冷却过程, 冷却过程,这对靠近焊缝的热影响 区的组织性能有很大影响, 区的组织性能有很大影响,从而引 起热影响区硬度、韧性、 起热影响区硬度、韧性、耐蚀性等 的变化。 的变化。

热 焊接性

2.1.2 影响焊接性的因素
材料 因素 脆性 特征 工艺 因素 服役 环境
母材本身和使用的焊接材料, 母材本身和使用的焊接材料,如焊条 电弧焊时的焊条、 电弧焊时的焊条、埋弧焊时的焊丝和 焊剂等。 焊剂等。 ①使接头处的应力处于较小的状态, 使接头处的应力处于较小的状态, 能够自由收缩②避免接头处的缺口 接头处的缺口、 能够自由收缩②避免接头处的缺口、 截面突变、堆高过大、交叉焊缝等。 截面突变、堆高过大、交叉焊缝等。 对于同一种母材, 对于同一种母材,采用不同的焊接方 法和工艺措施, 法和工艺措施,所表现出来的焊接性 有很大的差异。 有很大的差异。 焊接结构的服役环境多种多样, 焊接结构的服役环境多种多样,如工 服役环境多种多样 作温度高低、 作温度高低、工作介质种类及辐射等 都属于环境条件。 都属于环境条件。

2.2 焊接性试验的内容及评定原则
2.2.1 焊接性试验的内容
焊缝金属抵抗产生热裂纹的能力 焊接 性试 验的 内容 焊缝及热影响区抵抗产生冷裂纹 的能力 焊接接头抗脆性断裂的能力

焊接接头的使用性能

表2 - 3

合金结构钢焊接性分析时应考虑的问题

焊接性重点分析的内容 冷裂纹,热裂纹,再热裂纹,层状撕裂(厚大件 厚大件), 冷裂纹,热裂纹,再热裂纹,层状撕裂 厚大件 ,热影响区 热轧及正火钢 脆化(正火钢 正火钢) 脆化(正火钢) 合 冷裂纹,根部裂纹,热裂纹(含 ,热影响区脆化, 金 低碳调质钢 冷裂纹,根部裂纹,热裂纹 含 Ni 钢),热影响区脆化,热 结 影响区软化 构 中碳调质钢 热裂纹,冷裂纹,热影响区脆化,热影响区回火软化 热裂纹,冷裂纹,热影响区脆化, 钢 冷裂纹,热影响区硬化,再热裂纹,蠕变强度, 珠光体耐热钢 冷裂纹,热影响区硬化,再热裂纹,蠕变强度,持久强度 低温缺口韧性, 低温钢 低温缺口韧性,冷裂纹

金属材料

2.2.2 评定焊接性的原则
评定焊接接头产生工艺缺陷 的倾向为制定合理的焊接工 艺提供依据 评定焊接接头能否满足结 构使用性能的要求 可比性 针对性 再现性 经济性

原则 主要 包括

选择已有的或设计新 的焊接性试验方法应 符合下述的原则: 符合下述的原则:

2.2.3 焊接性评定方法分类
焊接热裂纹试验

直接法 使用 焊接性 间接法

焊接冷裂纹试验 再热裂纹试验 层状撕裂试验 热应变时效脆化试验 焊接气孔敏感性试验 由碳当量推测焊接性 裂纹敏感指数及临界应力 裂纹敏感性的临界冷却时间 连续冷却组织转变图 断口分析、 断口分析、金相组织分析 焊接热影响取最高硬度 焊接热、 焊接热、力模拟试验 焊接专家系统、 焊接专家系统、仿真系统等

焊接性 试验方法
直接法 工艺 焊接性 间接法

实际产品结构运行的服役试验 压力容器的爆破试验 焊缝及接头的常规力学性能试验 焊缝及接头的低温脆性试验 焊缝及接头的断裂韧性试验 焊缝及接头的高温性能试验 焊缝及接头的疲劳、 焊缝及接头的疲劳、动载试验 焊缝及接头的抗腐蚀性、耐磨性试验 焊缝及接头的抗腐蚀性、 应力腐蚀开裂试验

常用焊接性试验方法
碳当量的间接估测法 插销试验法 斜Y形坡口裂纹试验法 可调拘束裂纹试验法

1. 了解焊接性的基本概念。什么是工艺 了解焊接性的基本概念。 焊接性? 焊接性?影响工艺焊接性的主要因素有 哪些? 哪些? 2. 什么是热焊接性和冶金焊接性,各涉 什么是热焊接性和冶金焊接性, 及到焊接中的什么问题? 及到焊接中的什么问题? 3.举例说明有时工艺焊接性好的金属材 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。 料使用焊接性不一定好。 4.碳当量公式和冷裂纹敏感性指数有什 碳当量公式和冷裂纹敏感性指数有什 么意义?是根据什么原理建立起来的,各 么意义?是根据什么原理建立起来的 各 适用于何种材料? 适用于何种材料?在应用中应该注意什 么问题? 么问题?

5. “小铁研”试验的目的是什么,适用 小铁研” 小铁研 试验的目的是什么, 于何种场合?了解其主要的试验步骤, 于何种场合?了解其主要的试验步骤, 分析影响试验结果稳定性的因素有哪些? 分析影响试验结果稳定性的因素有哪些? 6.为什么可以用热影响区最高硬度来评 为什么可以用热影响区最高硬度来评 价钢铁材料的焊接冷裂纹敏感性 ?焊接 工艺条件对热影响区最高硬度有什么影 响? 7. 分析如何利用插销试验来确定某种低 合金高强钢所需要的预热温度。 合金高强钢所需要的预热温度。 8. 试对比压板对接焊接裂纹试验和可调 拘束裂纹试验的优缺点。 拘束裂纹试验的优缺点。


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