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1、- -材料焊接性复习第二章焊接性及其试验评定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，能够焊接形成完整接头并满足预期使用要求的能力。焊接性包括两个方面的含义：一是结合性能，即在给定的焊接工艺条件下对形成焊接缺陷的敏感性；二是使用性能，指一定的材料在规定的焊接工艺条件下所形成焊接接头适应使用性能的要求。焊接性影响因素：1材料因素：焊材、母材；2工艺因素：焊接方法、焊接工艺；3构造因素：构造形式、接头形式；4使用因素：工况环境、负载等条件、要求。2.焊接性分析方法：焊接性试验方法：1直接试验法；2间接分析法1根据金属的特性a)利用化学成分分析Ceq、b)利用CCT图或SHCCT
2、图分析；2根据工艺条件3.碳当量法：钢材的化学成分对焊接热影响区的淬硬及冷裂倾向有直接影响。碳是各元素中对冷裂敏感性影响最显著的，因而人们就将各种元素都按相当与假设干含碳量折合叠加起来求得所谓碳当量CE或Ceq，用来估计冷裂倾向的大小。焊接性与碳当量的关系不同条件下的预热要求参见课本第23页表2-64.焊接性试验：1焊接性试验的容：1焊缝金属抵抗产生热裂纹的能力； 2焊缝及热影响区金属抵抗产生冷裂纹的能力； 3焊接接头金属抵抗脆性转变能力； 4焊接接头的使用能力。2斜Y坡口对接裂纹试验小铁研试验斜Y坡口对接裂纹试验主要用于评价打底焊缝及其热影响区冷裂纹倾向。试验焊缝只有一道，目的是鉴定第一层焊
3、道根部裂纹敏感性。试验焊缝两端都不得与拘束焊缝相连，应各相距23mm。熔敷焊缝试验以后，至少放置24小时，然后进展裂纹检验。3插销试验：插销试验是一种简便又省材料的试验方法,主要用于考核材料的氢致延迟裂纹敏感性。当加载试棒时，插销可能在载荷持续时间发生断裂，记下承载时间。在不预热条件下，载荷保持16h而试棒未断裂即可卸载。预热条件下，载荷保持至少24h才可卸载。可用金相或氧化等方法检测缺口根部是否存在断裂。经屡次改变载荷，可求出在试验条件下不出现断裂的临界应力cr，根据临界应力cr的大小可相比照拟材料抵抗产生冷裂纹的能力。4压板对接FISCO焊接裂纹试验法：此法主要用于评定热裂纹敏感性，也可以
4、做钢材与焊条匹配性的试验。5可调拘束裂纹试验法1用途：评定热裂纹敏感性；2试验方法：纵向可调拘束裂纹试验法横向可调拘束裂纹试验法试验原理：改变模块的R即可改变应变量，而到达一定值时，就会在焊缝或热影响区发生热裂纹，随着增加，裂纹的数目及长度的总和也增加，从而获得一定的规律。6拉伸拘束裂纹试验TRC根本原理是模拟焊接接头承受的平均拘束应力，主要评定冷裂纹敏感性。7刚性拘束裂纹试验RRC根本原理是模拟焊接接头承受外部拘束，由于接头冷却时金属收缩所产生的应力而引起裂纹。可以用作评价冷裂纹敏感性的尺度。此试验比TRC试验的恒载拉伸更接近实际焊接情况。8刚性固定对接裂纹试验巴东试验此法主要用于测定焊缝的
5、冷裂纹和热裂纹倾向，但也可以测定热影响区的冷裂纹倾向。9窗形拘束裂纹试验此法主要用于测定多层焊时焊缝横向冷裂纹及热裂纹的敏感性。焊后放置24小时再检查，一般以有无裂纹为准，也可以裂纹率为相比照拟。10Z向拉伸试验此法用于测定层状撕裂敏感性。试棒拉伸破坏后，以Z向断面收缩率为层状撕裂敏感性的判据。 1525%时，才能较好地抵抗层状撕裂。11Z向窗口试验此法也是测试层状撕裂敏感性的试验方法。焊接顺序：先焊1、2两条拘束焊缝，再焊3、4两条试验焊缝。第三章合金构造钢的焊接5.合金构造钢的分类但凡用做机械零件和各种工程构造的钢材都称为构造钢。合金构造钢可分两类：1强度用钢；2专用钢。强度用钢主要应用在
6、一些要求常规条件下能承受静载和动载的机械零件和工程构造，主要性能是力学性能。专用钢主要应用在特殊条件下工作的机械零件和工程构造，除满足力学性能外，还要满足特殊性能要求。6.热轧、正火钢的主要介绍热轧钢：强化机理固溶强化；屈服强度为294343MPa；合金系C-Mn或Mn-Si系；主合金化元素：Mn、Mn-Si；辅合金化元素：V、Nb代替局部Mn；典型钢种：16Mn。正火刚：强化机理固溶强化沉淀强化或细晶强化；屈服强度为343490MPa；合金系：C-Mn或Mn-Si ( V、Nb、Ti、Mo )系；主合金化元素：Mn、 Mn-Si；辅合金化元素：V、Nb、Ti、Mo (碳化物、氮化物元素)；热
7、处理状态：正火，充分发挥碳化物形成元素的作用；典型钢种：15MnVN。7.热轧、正火钢的焊接性分析(1)焊缝中的热裂纹：热轧、正火钢一般含碳量较低，而Mn含量较高，因此Mn/S比能到达要求，具有较好的抗热裂性能。焊接过程中的热裂纹倾向较小，正常情况下焊缝中不会出现热裂纹。但个别情况下也会在焊缝中出现热裂纹，这主要与热轧及正火钢中C、S、P等元素含量偏高或严重偏析有关。2冷裂纹：从材料本身看，淬硬组织是引起冷裂纹的决定因素。热轧钢的含碳量并不高，但含有少量的合金元素，其淬硬倾向比低碳钢要大些，但冷裂纹敏感性不大；正火钢由于含合金元素较多，淬硬倾向有所增加。强度级别及碳当量较低的正火钢冷裂纹倾向不
8、大，但随着正火钢碳当量及板厚的增加，淬硬性及冷裂倾向随之增大。3再热裂纹：一般C-Mn和Mn-Si系的热轧钢由于不含碳化物形成元素，对再热裂纹不敏感。正火钢中的18MnMoNb和14MnMoV有一定的再热裂纹倾向，这是因为Mn-Mo-Nb和Mn-Mo-V系低合金钢对再热裂纹的产生有一定的敏感性。4层状撕裂：一般板厚在16mm以下就不会产生层状撕裂，从钢材本身的来讲，主要取决于冶炼条件，钢中的片状硫化物等杂质。层状撕裂两个根本条件是厚板焊接，且在厚度方向上存在拉应力。5热影响区的性能变化：主要是过热区的脆化，及还有可能是热应变脆化问题。1过热区脆化：主要原因有:a大线能量时奥氏体严重长大，得到氏
9、体和粗大马氏体或混合组织、M-A组元；b难溶质点的溶入。2热应变脆化：热应变脆化和室温下预应变后的应变时效脆化，本质上都是由固溶氮引起的。热应变脆化容易发生于一些固溶氮含量较高的低碳钢和强度级别不高的低合金钢中，假设参加足够的N化物形成元素( Ai、Ti、V ) 后，脆化倾向就减弱。8.热轧、正火钢的焊接工艺参数热轧及正火钢焊接对焊接方法的选择无特殊要求，可根据材料厚度、产品构造、使用性能要求及生产条件等选择。1焊接材料的选择：考虑两个问题：1焊缝没有缺陷；2满足使用性能要求。对于热轧、正火钢，裂纹一般不会产生，主要根据使用性能要求来选择焊接材料。注意以下问题：1选择相应强度等级的焊接材料为到
10、达焊缝与母材的力学性能匹配，在选择焊接材料时应考虑从母材的力学性能出发，而不是从化学成分出发。2必须同时考虑到熔合比和冷却速度的影响3必须考虑到热处理对焊缝力学性能的影响2焊接工艺参数确实定：焊接线能量确实定，取决于：1过热区的脆化；2冷裂纹。热轧钢，线能量没有特别限制，但一般小于50KJ；正火钢，小线能量+预热。对于碳当量小于0.40%的热轧及正火钢，如Q295、09Mn2Si和Q345，焊接热输入的选择可适当放宽。碳当量大于0.40%的钢种，由于淬硬倾向加大，马氏体含量也增加，小热输入时冷裂倾向会增大，过热区的脆化也变得严重，在这种情况下热输入宁可偏大一些比拟好。但在加大热输入、降低冷速的
11、同时，会引起接头区过热的加剧增大线能量对冷速的降低效果有限，但对过热的影响较明显。在这种情况下采用大热输入的效果不如采用小热输入预热更有效。预热温度控制恰当时，既能防止产生裂纹，又能防止晶粒的过热。预热温度与钢材的淬硬性、板厚、拘束度和氢含量有关。焊后热处理的原那么：1不要超过母材原来的回火温度；2对于有回火脆性的材料，要避开出现回火脆性的温度区域。9.低碳调质钢强化机理相变强化；屈服强度为4901000MPa；合金系：低C、Mn-Ni-Cr-Mo系；主合金化元素： Mn-Ni-Cr-Mo；辅合金化元素：V、Nb、Ti、B、Cu。10.低碳调质钢的焊接性分析1焊缝中的热裂纹：一般无热裂纹。由于
12、采用了先进的冶炼工艺，钢中气体含量及S、P等杂质明显降低，氧、氮、氢含量均较低。高纯洁度使这类钢的热裂纹倾向较低。2热影响区的液化裂纹：一般无液化裂纹，但对高Ni低Mn类型的钢种有一定的液化裂纹敏感性，如HY-80、HY-130。主要是因为Ni与S、P杂质易形成低熔点共晶。3冷裂纹：由于有低碳马氏体的自回火作用，冷裂纹的敏感性较小。但是在焊接厚板，且冷却速度过大时，也会产生冷裂纹。4再热裂纹：有一定的再热裂纹倾向，特别是V、Mo存在时，再热裂纹敏感性更大。5层状撕裂：低碳调质钢多数属于高强钢，冶炼技术水平较高，层状撕裂敏感性很低，到目前为止还没有发现层状撕裂现象。6热影响区的性能变化：1过热区
13、的脆化：参见课本7879页除了奥氏体晶粒粗化的原因外，更主要由于上贝氏体和 MA组元。M-A组元一般在中等冷速下形成，是奥氏体中碳含量升高的结果。因此，M-A组元的存在导致脆化，M-A组元数量越多脆化越严重。M-A组元实质上成为潜在的裂纹源，起了应力集中的作用。因此M-A组元的产生对低碳调质钢热影响区韧性有不利的影响。2热影响区的软化：参见课本7980页热影响区峰值温度高于母材回火温度会导致软化；碳化物沉淀和聚集长大也会导致母材软化。11.低碳调质钢的焊接工艺特点这类钢的特点是碳含量低，基体组织是强度和韧性都较高的低碳马氏体下贝氏体，这对焊接有利。但是，调质状态下的钢材，只要加热温度超过它的回
14、火温度，性能就会发生变化。因此焊接时由于热的作用使热影响区强度和韧性的下降几乎是不可防止的。因此，焊接时应注意两个根本问题：1要求马氏体转变时的冷却速度不能太快，使马氏体有一“自回火作用，以防止冷裂纹的产生；2） 要求在800500之间的冷却速度大于产生脆性混合组织的临界速度。1焊接方法：为了消除裂纹和提高焊接效率，一般采用MIG焊或MAG；对于焊后不能再进展调质处理的，要限制焊接过程中热量对母材的作用。低碳调质钢常用的焊接方法有焊条电弧焊、CO2焊和Ar+CO2混合气体保护焊等。2焊接材料的选择：低碳调质钢焊后一般不再进展热处理，在选择焊接材料时要求焊缝金属在焊态下应接近母材的力学性能。特殊条件下，如构造的刚度很大，冷裂纹很难防止时，应选择比母材强度稍低一些的材料作为填充金属。3焊接工艺参数的选择：焊接线能量和预热的选择原那么：不出现裂纹和脆化。低碳调质高强高韧性钢对接头区强韧性要求较高，这类钢对焊接热输入、预热温度、层间温度的控制更为严格，应采用较小焊接热输入的多层多道焊工艺。12.中碳调质钢强化机理相变强化；屈服强度：880MPa 1200MPa；合金系：中C、 Cr -Mn -Ni-Mo-Si系；主合金化元素： Cr-Mn-Ni-Mo-Si；辅合金化元素：V13.中碳调质钢的焊接性分析1焊缝中的热裂纹：中碳调质钢含碳、硅及合金元素
