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1、绪 论,一、概述 焊接技术在现代的工业生产中，已经成为一种重要的金属加工工艺。已经得到了极为广泛的应用。 2003年钢材用量2.6亿吨,焊材耗量200万吨。 桥梁钢结构（什么材料）:,舰船与海洋工程结构:,航天(空) （什么材料） :,电力系统:,建筑钢结构:,微电子技术（例如集成电路板）以及石油化工工业；,车辆:,焊接产品应用相当广泛，使用材料的种类多（碳钢、不锈钢、耐热钢、铝合金、铸铁、钛合金、铜合金等等），我们这门课程主要是学习相关材料怎样进行焊接，从而保证焊接质量，保证焊接产品的使用性能和可靠性。 二、学习本课程的目的、任务和要求 金属焊接性课程是热加工成型工艺（焊接技术类）的三大主干
2、课程之一。 1学习的主要任务是： 分析金属材料在熔化焊条件下，各种常用金属材料的焊接性，并选择与制订合理的焊接工艺。,主要内容： 由于学生学时数有限，对原来的授课体系进行了适当的调整，突出重点，内容如下： 1）金属焊接性分析的内容及其实验方法； 2）合金结构钢的焊接； 3）不锈钢的焊接； 4）铸铁焊接； 5）铝及铝合金的焊接； 6）堆焊。 学习目的： 培养学生分析金属焊接性的基本能力；学会实验研究的基本方法；为金属结构的焊接正确选择焊接材料、工艺方法和制订合理的焊接工艺打下坚实的基础。,三、焊接过程的物理本质 在材料成型加工技术基础课程中，大家已经对焊接过程的物理本质有了一个较为明确的概念。
3、定义：两种或两种以上的材质（同种或异种），通过加热或加压或两者并用，来达到原子之间的结合，从而形成永久性连接的工艺过程。 四、研究发展 社会的发展，人们对科学技术的应用提出了更高的要求。 新材料、新工艺与新设备需求较大。 对不同种类的新材料焊接性的研究进行了大量人力与物力的投入，从而推动许多重大的钢结构工程（桥梁、航天与石化）的应用。,五、两条线的应用 一）学习过程,工艺 措施,二）能力培养过程,六、对学生的学习要求 1.理解的记忆各类典型材料的焊接性分析，抓住规律性的东西； 2.一定的解决实际工程问题的能力的培养； 3.学会使用各类参考书，制定焊接工艺规范； 4.学会写实验报告。,第七章 金
4、属焊接性及其试验方法,前面大家已经学过焊接冶金，知道了焊接过程的复杂性与不平衡性，都知道在焊接时间内，每道焊缝、热影响区金属都要经受快速的加热、冷却、熔化、结晶、物化反应、相变，以及应力、应变等一系列过程。 在这个过程中，存在着严重的温度分布和化学成分的不平衡，引起两方面后果： 1、焊接区各类缺陷 2、必要性能的降低 (将影响焊接结构的使用要求) 因而必须从焊接的角度来分析研究金属的某些特殊性能，即Weldability问题。(为什么要研究金属的焊接性？),2-1 焊接性概念是相对的概念,一、金属的焊接性(解决能焊的问题) 金属是否能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特性。
5、 表现为： 1、焊接时对缺陷的敏感性 2、焊接接头的可靠性能 如何分析金属的焊接性？ 内因(同、异种母材（不好焊接）) :可以从金属的特性进行分析(碳当量、物理性能、化学性能（易氧化就保护或则真空焊接）、合金相图、CCT或SHCCT图） 外因(工艺条件等),二、工艺焊接性（解决好焊的问题） 金属在一定的工艺条件下形成具有一定使用性能的焊接接头的能力。 工艺焊接性好坏的评定标准： 获得良好接头的工艺条件的复杂程度。(简单即焊接性良好；复杂即焊接性较差)。 焊接方法、电流（压）、T预、T后、VH选择等措施。,(一)、影响工艺焊接性的因素 1、材料因素（内因） 要求母材与焊接材料匹配得当：（等强匹配
6、、硬加软与软加硬）， 母材与焊材直接参与熔池或熔合区的物化反应， 母材对HAZ的性能起决定性作用， 对焊缝金属的成分和性能是关键因素（考虑稀释率影响）， 对焊缝金属的成分匹配不当， 会引起各种焊接缺陷，脆化、软化、低耐蚀性等。,2、工艺因素(工艺焊接性方面)外因 (1)焊接方法： 应针对不同的焊材选择适当的方式，简介各种方法。 a. 热源特点 对焊接方法的适应性(焊接热循环各项参数，El，t高温，V相变冷却、T高等，影响组织与性能) 影响焊接冶金过程，应考虑母材与材料厚度等因素。 b.保护方式 影响焊接冶金过程，富Ar，飞溅少，可以决定接头质量、性能。 (2)工艺措施 焊前预热、焊后热处理、残
7、、V冷、避免热、冷裂纹， 严格烘干焊条(剂)，清理焊材及坡口， 焊接顺序、保证装配工作精度与加工精度，减少应力，减少缺陷。 (3)工艺参数的应用，T8/5控制,3、结构因素(宏观结构综合考虑) 焊接接头的结构设计影响受力状态，材料厚度等。 该处的刚度、应力集中，多轴应力等因素。 应避免大拘束度，高应力集中等降低承载能力。 4、使用条件：(影响工艺焊接性) 载荷的性质、工作温度的高低，工作介质有无腐蚀性等。 高温承载：元素扩散，结构蠕变（高温耐热钢） 低温承载：脆性断裂的可能性(或冲击下)，低温钢等Ak低温。 应力腐蚀(不锈钢等) 交变载荷存在疲劳破坏问题（例如桥梁） 使用条件越苛刻，接头质量更
8、高，工艺焊接性难度大。 总结：1、2、3、4点不能单独用来评价焊接性，结合因素。,(二)冶金焊接性与热焊接性 均在一定的工艺条件下。 1冶金焊接性：(焊缝区化学治金) 气孔、氧化、蒸发等， 熔池中金属与渣、气发生物化反应，成分偏析以及凝固结晶的固态相变等过程中的焊接性的变化引起的焊接问题。 (1)合金的氧化，还原蒸发等易造成焊缝化学成分、组织、性能变化。 (2)O2、N2、H2等气体溶入析出造成气孔或影响性能。 (3)成分偏析，结晶方向可能导致热裂纹 解决途径：着重于开发新型焊材、焊接方法、改善保护条件。,2、热焊接性(HAZ) 焊接热输入对邻近焊缝的金属形成热冷的热处理过程，使金属发生因固态
9、整相变引起的焊接性问题。 (1)性能变化（、AK、耐蚀性等） (2)由于脆化及应力而造成裂纹等缺陷 (3)组织发生变化 (过热区晶粒粗大而脆化，熔合区淬硬脆化，回火区软化) 解决途径：正确选择母材，焊接方法、El等规范参数，工艺措施等。,2-2 焊接性的试验,针对特定的角度来考虑焊接性的某一方面，因而评定焊接性实验较多。这些实验有助于确定焊接方法。焊材，工艺规范等。 一、焊接性试验内容 1、焊缝金属抵抗热裂纹的能力(热裂纹试验) 2、焊缝及热影响区金属抵抗产生冷裂纹的能力(冷裂纹试验) 3、焊接接头金属抗脆性转变能力(低温使用影响更大) 4、接头的使用性能(机械性能，特殊要求) 5、专门焊接性
10、试验(如厚板层状撕裂试验、应力腐蚀实验、再热裂纹实验等),二、方法分类 1、直接模拟类方法 仿照实际焊接条件，直接观察金属在焊接时可能发生的变化和问题，直观评价焊接性的优劣，为实焊提供依据。 省材、省时，突出接头某区域，但与实焊有差别 常用有插销试验、斜y坡口对接裂纹试验、应力腐蚀裂纹等。 2、使用性能实验类 (1)生产条件下进行焊接，检查接头是否发生缺陷，性能等试验。 (2)按标准进行试样焊接，再进行各种检查。 焊接接头（WZ、HAZ）的力学性能、断裂韧性，耐腐蚀与耐磨实验、疲劳实验、低温脆性实验等。,3、理论计算类方法（间接推算） 是在大量生产和科学研究经验的基础上归纳总结出来的理论算法，
11、主要是根据母材或焊缝金属的化学成分，加上限制条件(拘束度等)，通过一定的经验公式计算，估计冷裂、热裂，再热裂的倾向大少。 应用受限，间接、粗略地估计焊接性问题。 热应力模拟试验(Glable-1500 试验机)， CCT图、焊接HAZ区最高硬度法、焊接区断口金相分析等。 碳当量法Ceq， Ceq=Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15 （%） IIW推荐） 冷裂纹敏感系数Pcm Pcm=C+Mn/20+Si/30+Ni/60+Mo/15+V/10+Cu/20+5B 注意公式的应用范围！,例如：D6AC超高强钢的焊接性裂纹敏感性分析： A热裂纹倾向 根据Ocmpo公式(用于中碳钢
12、条件)： CE=C+2.5S+P/2.5+(Si-0.4)/5+(Mn-0.8)/6+Ni/6+Cu/8+(Cr-0.8)/80.35 将母材成分代入公式（1），可以得出：CE=0.4370.35 可以看出D6AC超高强钢具有相当高的热裂纹倾向。 B冷裂纹敏感性分析： 根据WES-135条件确定该钢种的碳当量公式(用于拉伸强度大于900Mpa)： CE=C+Si/24+Mn/6+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/140.76 将母材成分代入公式，可以得出：CE=1020.76 Pcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B Pc=Pcm+H/60+
13、B/600 T0=1440*Pc-392 C冷裂敏感指数Pcm: Pcm= C+Si/30+Mn/20+ Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B0.36 将母材成分代入公式，可以得出：Pcm=0.6990.36 可以看出D6AC超高强钢具有相当高的冷裂纹倾向。,三、选定试验方法的原则 1、针对性 试验条件尽可能接近实际焊接时的条件，准确说明焊接性问题。 2、可靠性 试验结果的再现性，数据不可过于分散，才能保证。 (1)严格试验条件 (2)尽可能用机械化、自动化取代手工操作 3、经济性 省材、省时、省成本。,1-3 常用焊接性试验方法,1、斜y坡口对接裂纹试验（GB4675.1-84) (1)广泛用于评价焊接热影响区冷裂倾向。 (2)测临界预定温度 (3)t3/8评定冷裂倾向 直y坡口，考核焊缝冷裂纹敏感性,按照GB/T4675.5-1984焊接热影响区最高硬度试验方法，在2007520板上用AWS E8015焊条，以I=170A，U=2324V，V=150mm/min的焊接参数堆焊长125mm焊道,12h以后截取横截面，沿焊缝底部切线每隔0.5mm一点，测其硬度。,
