第一章金屬焊接性及其試驗方法

1、金屬材料焊接第一章金屬焊接性及其試驗方法第一章金屬焊接性及其試驗方法第一節(jié)金屬的焊接性第二節(jié)金屬焊接性試驗第三節(jié)常用的焊接性試驗方法復(fù)習(xí)思考題第一節(jié)金屬的焊接性一、金屬焊接性的概念金屬焊接性根據(jù)GB/T33751994焊接術(shù)語的定義為：“金屬材料在限定的施工條件下，焊接成規(guī)定設(shè)計要求的構(gòu)件，并滿足預(yù)定服役要求的能力”。即金屬材料對焊接加工的適應(yīng)性和使用的可靠性。根據(jù)這兩方面內(nèi)容，優(yōu)質(zhì)的焊接接頭應(yīng)具備兩個條件：即接頭中不允許存在超過質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的缺陷；同時具有預(yù)期的使用性能。因此，焊接性的具體內(nèi)容可分為工藝焊接性和使用焊接性。1.工藝焊接性2.使用焊接性二、影響焊接性的因素第一節(jié)金屬的焊接性焊接

2、性是金屬材料的一種工藝性能。除了受材料本身性質(zhì)影響外，還受到工藝條件、結(jié)構(gòu)條件和使用條件的影響。(一)材料因素(二)工藝因素(三)結(jié)構(gòu)因素(四)使用條件三、分析金屬焊接性的方法除直接采用焊接試驗的方法來確定金屬的焊接性之外，通過分析金屬的化學(xué)成分、物理性能、化學(xué)性能、相圖特點、連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖(CCT圖)或模擬焊接熱影響區(qū)的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖(SHCCT圖)等，均可以在某種程度上評價金屬的焊接性。(一)利用化學(xué)成分分析第一節(jié)金屬的焊接性1.碳當(dāng)量法2.焊接冷裂紋敏感指數(shù)(二)利用金屬材料的物理性能分析(三)利用金屬材料的化學(xué)性能分析(四)利用合金相圖分析(五)利用CCT圖或SHCCT圖分析第二節(jié)金屬

3、焊接性試驗一、焊接性試驗的內(nèi)容針對材料的不同性能特點和不同使用要求，焊接性試驗包括以下內(nèi)容。(一)焊縫金屬抵抗產(chǎn)生熱裂紋的能力(二)焊縫及熱影響區(qū)金屬抵抗產(chǎn)生冷裂紋的能力(三)焊接接頭抗脆性轉(zhuǎn)變的能力(四)焊接接頭的使用性能二、焊接性試驗方法分類研究與評定金屬材料焊接性的試驗方法很多，根據(jù)試驗的內(nèi)容和特點主要分為工藝焊接性和使用焊接性兩大方面的試驗，每一方面又分為直接法和間接法兩種類型。(一)直接法試驗第二節(jié)金屬焊接性試驗1.直接模擬試驗(1)焊接冷裂紋試驗常用的有插銷試驗、斜Y形坡口對接裂紋試驗、拉伸拘束裂紋試驗(TRC試驗)、剛性拘束裂紋試驗(RRC試驗)等。(2)焊接熱裂紋試驗常用的有可

4、調(diào)拘束裂紋試驗、菲斯柯(FISCO)焊接裂紋試驗、窗形拘束對接裂紋試驗、剛性固定對接裂紋試驗等。(3)再熱裂紋試驗有H形拘束試驗、缺口試棒應(yīng)力松弛試驗、U形彎曲試驗等。(4)層狀撕裂試驗常用的有Z向拉伸試驗、Z向窗口試驗等。(5)應(yīng)力腐蝕裂紋試驗有U形彎曲試驗、缺口試驗、預(yù)制裂紋試驗等。第二節(jié)金屬焊接性試驗(6)脆性斷裂試驗除低溫沖擊試驗外，常用的還有落錘試驗、裂紋張開位移試驗(COD)以及Wells寬板拉伸試驗等。2.使用性能試驗(二)間接法推算三、焊接性試驗方法的選擇原則現(xiàn)有的焊接性試驗方法很多，隨著技術(shù)的進(jìn)步，要求的提高，焊接性試驗方法還會不斷增加。選擇焊接性試驗方法時一般應(yīng)遵循下列原則

5、：(一)針對性(二)可比性(三)可靠性(四)經(jīng)濟(jì)性第三節(jié)常用的焊接性試驗方法一、斜Y形坡口焊接裂紋試驗方法這是一種在工程上廣泛應(yīng)用的試驗方法。該試驗主要用于評價碳鋼和低合金高強(qiáng)度鋼焊接熱影響區(qū)的冷裂紋敏感性。其試驗規(guī)范應(yīng)遵循GB/T467511984焊接性試驗斜Y形坡口焊接裂紋試驗方法。圖1-1試件的形狀和尺第三節(jié)常用的焊接性試驗方法圖1-2焊條電弧焊的試驗焊第三節(jié)常用的焊接性試驗方法圖1-3焊條自動送進(jìn)的試驗焊第三節(jié)常用的焊接性試驗方法(1)表面裂紋率Cf(2)根部裂紋率Cr檢測根部裂紋時，應(yīng)先將試件著色后拉斷或彎斷，然后按圖1-4b進(jìn)行根部裂紋長度測量。(3)斷面裂紋率Cs在試驗焊縫上，用

6、機(jī)械加工等分地切取46塊試樣，檢查五個橫斷面上的裂紋深度Hs，如圖1-4c。圖1-4試樣裂紋長度計a)表面裂紋b)根部裂紋c)斷面裂紋第三節(jié)常用的焊接性試驗方法二、插銷試驗插銷試驗是主要用于測定碳鋼和低合金高強(qiáng)度鋼焊接熱影響區(qū)對冷裂紋敏感性的一種定量試驗方法。因試驗消耗鋼材少，試驗結(jié)果穩(wěn)定可靠，在國內(nèi)外都廣泛應(yīng)用。我國已制定了國家標(biāo)準(zhǔn)，即GB/T9446 1988焊接用插銷冷裂紋試驗方法。經(jīng)適當(dāng)改變，此方法還可用于測定再熱裂紋和層狀撕裂的敏感性。圖1-5插銷試棒缺口處于熱影響區(qū)的粗晶部a)環(huán)形缺口試棒b)螺形缺口試棒第三節(jié)常用的焊接性試驗方法圖1-6插銷試棒的形a)環(huán)形缺口插銷b)螺形缺口插銷

7、第三節(jié)常用的焊接性試驗方法圖1-7熔透比的計第三節(jié)常用的焊接性試驗方法表1-1插銷試棒的尺寸表1-2缺口位置a與熱輸入E的關(guān)系第三節(jié)常用的焊接性試驗方法1)因為試件尺寸小，底板材料與插銷材料又不必完全相同，并且底板可重復(fù)使用，所以試驗材料損耗小。2)調(diào)整焊接熱輸入及底板厚度，即可得到不同的冷卻速度。3)因插銷尺寸小，故可從被試驗材料的任意方向取樣，也可以從全熔敷金屬中取樣用來測定焊縫金屬對冷裂紋的敏感性。4)環(huán)形缺口整個圓周溫度往往不可能達(dá)到十分均勻，這就影響試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性，造成數(shù)據(jù)分散，再現(xiàn)性不很好。三、焊接熱影響區(qū)最高硬度試驗方法焊接熱影響區(qū)最高硬度比碳當(dāng)量能更好地判斷鋼種的淬硬傾向和冷

8、裂紋敏感性，因為它不僅反映了鋼種化學(xué)成分的影響，而且也反映了金屬組織的作用。由于該試驗方法簡單，已被國際焊接學(xué)會（IIW）納為標(biāo)準(zhǔn)。我國已制定了GB/T467551984，適用于焊條電弧第三節(jié)常用的焊接性試驗方法表1-3HAZ最高硬度試件尺寸(單位：mm)第三節(jié)常用的焊接性試驗方法圖1-8最高硬度試第三節(jié)常用的焊接性試驗方法圖1-9測量硬度的位第三節(jié)常用的焊接性試驗方法四、其他焊接性試驗方法簡介(一)壓板對接(FISCO)焊接裂紋試驗法(二)剛性固定對接裂紋試驗第三節(jié)常用的焊接性試驗方法圖1-10壓板對接裂紋試驗裝1C形拘束框架2試件3緊固螺栓4齒形底座5定位塞6調(diào)節(jié)板第三節(jié)常用的焊接性試驗方法圖1-11剛性固定對接裂紋試驗試件尺寸和形注：圖注同圖1-10。第三節(jié)常用的焊接性試驗方法(三)Z向拉伸試驗圖1-12Z向拉伸試驗試件制備及尺a)試件的制取部位b)試件的形狀和尺寸第三節(jié)常用的焊接性試驗方法圖1-13TRC試驗機(jī)的簡(四)拉伸拘束裂紋試驗(TRC試驗)復(fù)習(xí)思考題1.何謂金屬材料的焊接性？影響金屬材料焊接性的因素有哪些？2.焊接性試驗方法的