金属材料焊接-第二节-金属材料焊接性的评定内容与试验方法-第三节-金属材料焊接性的评定与试验课件.ppt

1、复 习 一、金属焊接性及影响因素 二、优质焊接接头应具备的条件第二节第二节 金属材料焊接性的评定内容与试验方法金属材料焊接性的评定内容与试验方法 一、焊接性试验的内容 (一)焊缝金属抵抗产生热裂纹的能力 和母材、焊材有关。(二)焊缝及热影响区金属抵抗产生冷裂纹的能力 组织、性能变化，焊接应力和扩散氢的影响。(三)焊接接头抗脆性转变的能力 因产生粗晶脆化、热应变时效脆化。针对低温条件运行和承受冲击载荷作用的焊接结构要求。(四)焊接接头的使用性能 焊接结构使用条件对焊接性能提出要求。第一章 二、焊接性试验方法分类 (一)直接法试验 1.直接模拟试验 （1）焊接冷裂纹试验 插销试验、斜Y形坡口对接裂

2、纹试验、拉伸拘束裂纹试验(TRC试验)、刚性拘束裂纹试验(RRC试验)等。（2）焊接热裂纹试验 可调拘束裂纹试验、菲斯柯(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形拘束试验、缺口试棒应力松弛试验、U形弯曲试验等。第一章第二节第二节 金属材料焊接性的评定内容与试验方法金属材料焊接性的评定内容与试验方法第二节第二节 金属材料焊接性的评定内容与试验方法金属材料焊接性的评定内容与试验方法 （4）层状撕裂试验 Z向拉伸试验、Z向窗口试验等。（5）应力腐蚀裂纹试验 有U形弯曲试验、缺口试验、预制裂纹试验等。(6)脆性断裂试验除低温冲击试验外，常用的还

3、有落锤试验、裂纹张开位移试验(COD)以及Wells宽板拉伸试验等。2.使用性能试验 依照结构使用要求制订，如拉伸、弯曲、冲击及水压试验等。(二)间接法推算 碳当量法、冷裂纹敏感指数分析。三、焊接性试验方法的选择原则 (一)针对性 (二)可比性 (三)可靠性 (四)经济性第一章第三节第三节 金属材料焊接性的评定与试验金属材料焊接性的评定与试验一、金属焊接性的分析评定方法 可直接采用焊接试验的方法来确定金属的焊接性。即利用焊接性试验，实际进行工艺试验并测量焊接接头的性能来获得金属材料的焊接性。(一)利用化学成分分析 1、碳当量法(CE)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

4、换算成碳的相当含量，作为评定钢材焊接性的参考指标。第一章第三节第三节 金属材料焊接性的评定与试验金属材料焊接性的评定与试验 国际焊接学会推荐用于碳钢和低合金钢的碳当量(CE)计算公式：式中化学元素符号均表示元素在钢中的含量，计算时应取成分的上限。日本JIS标准公式：碳当量值越大，焊接性越差。如板厚小于20mm的工件：CE0.4%焊接性良好，不需预热。CE=0.4%0.6%焊接性较差，必须预热。CE0.6%焊接性极差，提高预热温度。局限性：公式中没有考虑工件厚度。%1556CuNiVMoCrMnCCE 14V4Mo5Cr40Ni24Si6MnCCeq第一章第三节第三节 金属材料焊接性的评定与试验

5、金属材料焊接性的评定与试验 2 2、冷裂纹敏感指数、冷裂纹敏感指数(PcPc)式中：h板厚；H焊缝金属中扩散氢含量(cm3/100g)通过焊缝扩散氢实验和斜y型坡口对接裂缝试验，得出防止焊接裂缝要求的最低预热温度TP的经验公式：TP=1440PC392()(二)利用金属材料的物理性能分析 金属的熔点、导热率、线膨胀系数、密度等。(三)利用金属材料的化学性能分 (四)利用合金相图分析 (五)利用CCT图或SHCCT图分析(%)60600510152060202030HhBVMoCrNiCuMnSiCPc第一章 【主要问题提示主要问题提示】1.1.焊接性试验应从何角度出发？焊接性试验应从何角度出发

6、？2.2.典型的焊接性试验包括哪些？如何实施其实典型的焊接性试验包括哪些？如何实施其实验程序？验程序？3.3.典型焊接性试验有何特点？如何应用？典型焊接性试验有何特点？如何应用？第一章第三节第三节 金属材料焊接性的评定与试验金属材料焊接性的评定与试验 一、斜Y形坡口焊接裂纹试验方法 在工程中广泛应用的试验方法，主要用于评价碳钢和低合金高强度钢焊接热影响区的冷裂纹敏感性。其试验规范应遵循GB/T4675 11984焊接性试验斜Y形坡口焊接裂纹试验方法，又称“小铁研式”。试件板厚不作规定，常用938mm，坡口采用机械方法加工。具体尺寸见下图。每一种试验条件需要制备两对以上试件。在60mm范围内施焊

7、拘束焊缝，双面焊透，需保证待焊试验焊缝处有2mm装配间隙及不产生角变形。1、试验焊缝所用焊条原则上应与试验材料相匹配，焊前应严格进行烘干。2、可在相应预热温度下焊接，采用焊接参数：焊条直径4mm，焊接电流（170A10）A，焊接速度（15010）mmmin，电弧电压（242）V。均采用一道焊缝且不填满坡口。第一章试件开头、尺寸第三节第三节 金属材料焊接性的评定与试验金属材料焊接性的评定与试验 一、斜Y形坡口焊接裂纹试验 如采用焊条电弧焊，应按下图（左）所示进行焊接；如采用焊条自动送进装置焊接，按下图（右）所示施焊。焊后经48h时效后作裂纹检查。用目测或放大镜检查焊接接头表面和断面是否有裂纹，并

8、分别计算根部、表面和断面裂纹率。第一章试验焊缝示意左）焊条电弧焊 右）焊条自动送进试样裂纹长度计算a）表面裂纹 b）根部裂纹 c）断面裂纹第三节第三节 金属材料焊接性的评定与试验金属材料焊接性的评定与试验 一、斜Y形坡口焊接裂纹试验 因接头拘束度很大，根部尖角又有应力集中，所以试验条件比较严苛。一般认为在这种试验中若裂纹率不超过20%，在实际结构焊接时就不发生裂纹。优点：试件容易加工，不需要特殊装置，操作简单，试验结果可靠。缺点：试验周期较长。拓展：直Y形坡口焊接裂纹试验 与斜Y形坡口焊接裂纹试验基本相同，只是试样坡口略有改变。坡口形式改变，导致裂纹容易在焊缝根部尖角处开裂，随即向焊缝中扩展，

9、严重时可贯穿至焊缝表面。适用于考核焊缝金属对于根部裂纹的敏感性。第一章直Y坡口裂纹试验试样 第三节第三节 金属材料焊接性的评定与试验金属材料焊接性的评定与试验 二、插销试验 主要用于测定碳钢和低合金高强度钢焊接热影响区对冷裂纹敏感性的定量试验方法，其基本原理是根据产生冷裂纹的三要素，以定量方法测出被焊材料焊接冷裂纹的“临界应力”，作为冷裂纹敏感性指标。1、试件及其布置 （1）试件制作 将被焊材料加工成直径为8mm（或6mm）的圆柱形试棒（插销），底板材料应与被焊材料相同或物理性能基本一致。一般试验条件下，底板厚度为20 mm，但用于测定实际焊接结构钢材冷裂纹敏感性或用于制定实际焊接工艺时，可采

10、用实际板厚。第一章环形缺口插销试棒尺寸的螺形缺口插销试棒尺寸的第三节第三节 金属材料焊接性的评定与试验金属材料焊接性的评定与试验第一章缺口类型A（mm）H（mm）（）R（mm）P（mm）L（mm）环形80.50.05 402 0.10.02-大于底板厚度，一般为30150 螺形 1环形60.50.05 402 0.10.02-大于底板厚度，一般为30150 螺形1第三节第三节 常用的焊接性试验方法常用的焊接性试验方法 二、插销试验 2.试验过程 在底板上按规定的焊接热输入熔敷焊道，将插销端部与底板同时熔化形成焊缝，保证焊道中心线通过插销端面中心。焊后，当缺口附近金属冷却至150时（焊前预热时，

11、应冷却至高出预热温度5070），对插销试样施加一定的轴向拉伸载荷。当保持载荷16h或24h（焊前预热）期间试棒发生断裂，即得到该试验条件下的“临界应力”。如果在保持载荷过程期间试棒未发生断裂，应经过几次调整载荷，直至发生断裂为止。发亮含氢量、焊接热输入及预热温度，会得到不同的临界应力。临界应力越小，材料的冷裂纹敏感性越大。3.特点 （1）试件尺寸小，底板材料与插销材料不必完全相同，底板可重复使用。（2）调整焊接热输入和底板厚度，可得到不同的冷却速度。（3）可从被焊材料的任意方向取样，也可从全熔敷金属中取样。（4）环形缺口整个圆周温度往往不可能达到十分均匀，影响试验结果的准确性，再现性不好。第一

12、章第三节第三节 金属材料焊接性的评定与试验金属材料焊接性的评定与试验 三、焊接热影响区最高硬度试验 焊接热影响区最高硬度试验可反映钢种化学成分的影响，也反映了金属组织的作用，所以比碳当量法能更好判断钢材的淬硬倾向和冷裂纹敏感性。1、试件制备及尺寸 可用气割下料，板材标准厚度为20mm。当厚度超过20mm时，应采用机械加工成20mm，并保留一个轧制表面。厚度小于20mm时，不需要加工。第一章最高硬度试板试件LBl1号2007512510 2号20015012510 第三节第三节 金属材料焊接性的评定与试验金属材料焊接性的评定与试验 三、焊接热影响区最高硬度试验 2.试验过程 （1）试验准备 焊接

13、前应仔细清除试件表面的油污、水分和铁锈等杂质，焊接时试件两端由支承加空，下面留有足够空间。（2）施焊状态 1号试件为室温，2号试件为预热。（3）焊接参数 焊条直径4mm，焊接电流（170A10）A，焊接速度（15010）mmmin。（4）焊缝位置 沿轧制方向在试件表面中心线水平位置施焊，焊道长度为12510mm，参照上图所示进行。试件焊后在空气中自然冷却，不进行任何热处理。冷却12h后，采用机加工法垂直切割焊道中部，在断面上切取硬度测定试样。切取时，必须在切口处冷却。测量硬度时，试样表面经研磨后进行腐蚀，按上图所示位置，在“O”点两侧各取7个以上点作为硬度测定点，每点间距为0.5mm，采用载荷为100N的维氏硬度在室温下测定。第一章硬度测量位置第三节第三节 金属材料焊接性的评定与试验金属材料焊接性的评定与试验 四、其他焊接性试验 1、压板对接焊接裂纹试验 适用于低碳钢焊条、低合金高强度钢焊条和不锈钢焊条的焊缝裂纹试验。2、刚性固定对接裂纹试验 可用于测定焊缝金属热裂纹、冷裂纹敏感性，也可用于焊接热影响区的冷裂纹敏感性。3、Z向拉伸试验 根据钢板厚度方向的断面收缩率测定钢材的层状撕裂倾向。4、拉伸拘束裂纹试验 大型定量评定冷裂纹的试验方法。第一章