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1、金属材料焊接工艺金属材料焊接工艺南南 华华 大大 学学张张 元元 钟钟 课程主要内容：焊接性及其试验方法常用金属材料的焊接焊接结构设计第一节第一节 金属材料的焊接性金属材料的焊接性第一章第一章 金属焊接性及试验方法金属焊接性及试验方法一、金属材料焊接性及其影响因素金属材料是否具有适应焊接加工，以及焊接加工后是否能在使用条件下安全运行的能力。包括了两方面的内涵：1、在焊接加工时金属形成完整焊缝的能力。2、已形成的焊接接头在使用条件下安全运行的能力。 即结合性能和使用性能焊接性又分为： 工艺焊接性指在一定工艺条件下，获得优质、无缺陷的焊接接头的能力。不是金属本身所固有的性能。与焊接方法和具体工艺有
2、关。 使用焊接性接头满足某种使用性能的能力。包括力学性能、低温韧性、耐蚀性能等。工艺焊接性与使用焊接性二、焊接性的影响因素材料因素 工艺因素 结构因素 使用条件1、材料因素包括母材和焊接材料（焊条、焊丝、焊剂等）母材的性能主要影响热影响区的性能焊接材料主要对焊缝性能影响大2、工艺因素 焊接方法的影响： 热源的特性（能量密度的大小） 对熔池的保护效果 工艺措施的影响： 预热、焊后热处理（降低残余应力，防止裂纹）3、结构因素 焊接结构的形状、尺寸、厚度、坡口形式、焊缝布置等。 影响接头的传热和应力状态。4、使用条件 结构的工作温度、负载条件、工作介质等三、焊接性分析方法就是对金属材料焊接的容易程度
3、作出判断和预测估计可能出现的问题，分析产生问题的原因并寻求解决的方法。工艺焊接性：考察材料能不能焊。产生焊接缺陷的倾向性。使用焊接性：焊后能不能用。一般以母材的性能为依据，考察焊缝金属和热影响区金属的性能与母材的差别及产生的原因。第二节第二节 焊接性试验内容与方法焊接性试验内容与方法一、焊接性试验内容 评价焊缝金属抗热裂纹的能力 评价焊缝和热影响区金属抗冷裂纹的能力 评价焊接接头抗脆性转变的能力 评价焊接接头的使用性能二、焊接性试验方法 工艺焊接性试验直接法：焊接热裂纹试验 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 间接法： 由碳当量推测焊接性 裂纹敏
4、感指数及临界应力 连续冷却组织转变图 断口分析、金相组织分析 焊接热影响区最高硬度 焊接热、力模拟试验 焊接专家系统、仿真系统等使用焊接性试验直接法： 实际产品结构运行的服役试验 压力容器的爆破试验间接法：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、动载试验 焊缝及接头的抗腐蚀性、耐磨性试验、应力腐 蚀开裂试验 一、碳当量法 就是将母材中各种元素的影响折合成碳的影响当CE0.6%时,冷裂倾向严重,焊接性差未考虑到结构和板厚第三节第三节 常用焊接性试验方法常用焊接性试验方法二、可调拘束裂纹试验法用途：用于研究各类热
5、裂纹。原理：在焊缝凝固后期施加不同的应变值，研究产生裂纹的规律。当外加应变值超过焊缝金属或热影响区内塑性变形能力时，将产生裂纹。三、斜Y坡口裂纹试验法用途：用于评价打底焊缝及其热影响区冷裂倾向。试验参数：焊条直径4mm，焊接电流170A，焊接速度150mm/min，电弧电压24V，焊条烘干，在三个试件止重复试验，焊后经不少于24小时的时效后作裂纹检查（表面裂纹和断面裂纹）四、插销试验法用途：考核焊接热影响区的氢致延迟裂纹敏感性。原理：将被焊钢材加工成圆柱形的插销试棒，试棒上端有环形或螺形缺口，试验时在底板上以规定的热输入熔敷一条焊道，其熔深应使缺口尖端位于热影响区的粗晶区内。焊后冷却至1001
6、50度时加载，无断裂时载荷保持1624小时后卸载。通过多次改变载荷，可求出不出现断裂的临界应力。五、鱼骨状裂纹试验法用途：主要用于评定铝合金、镁合金及钛合金薄板（13mm）焊缝及热影响区的热裂纹敏感性。原理：利用试板上不同深度的槽造成试件长度方向上的不同拘束度，测定热影响区的裂纹长度来评定裂纹敏感性六、刚性固定对接裂纹试验法用途：适用于碳钢、低合金钢焊条电弧焊、埋弧焊和气体保护焊，用于钢材及焊接材料对接接头的抗裂性对比及焊接工艺试验。第二章第二章 碳素钢及低合金钢的焊接碳素钢及低合金钢的焊接一、钢的分类1、按化学成分分类第一节 钢的分类与编号钢碳素钢合金钢低碳钢中碳钢高碳钢低合金钢中合金钢高合
7、金钢2.按质量分类 钢的质量是以硫、磷的含量来划分的。根据硫、磷的含量可将钢分为： 普通质量钢（S0.040%，P0.050%） 优质钢（S0.035%，P0.035%） 高级优质钢（S0.015%，P0.025%） 特级优质钢。 第一节 钢的分类与编号3.按冶炼方法分类 根据冶炼所用炼钢炉不同，可将钢分为： 平炉钢 转炉钢 电炉钢。第一节 钢的分类与编号第一节 钢的分类与编号4.按金相组织分类 按退火组织可将钢分为： 亚共析钢 共析钢 过共析钢。按正火组织可将钢分为： 珠光体钢 贝氏体钢 马氏体钢 铁素体钢 奥氏体钢 莱氏体钢 第一节 钢的分类与编号5.按用途分类 按用途可将钢分为： 结构钢
8、 机器零件用钢 工具钢 特殊性能钢第一节 钢的分类与编号二、钢铁产品牌号表示方法我国钢的牌号一般采用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法表示。1、碳素结构钢和低合金高强度结构钢这两类钢采用屈服点的拼音字母“Q” ，屈服点数值(单位为MPa)和质量等级脱氧方法等符号表示，按顺序组成牌号。例如碳素结构钢牌号为Q235AF、Q235BZ等；低合金钢高强度结构钢牌号表示为Q345C、Q345D等。第一节 钢的分类与编号质量等级由A到E磷硫含量质量提高。碳素结构钢牌号中表示镇静钢的符号”Z”和表示特殊镇静钢的符号“TZ”可以省略，低合金高强度结构钢都是镇静钢或特殊镇静钢，其牌号中没有表示脱
9、氧方法的符号。根据需要，低合金高强度结构钢的牌号也可采用两位阿拉伯数字（表示平均含碳量的万分之几）和化学元素符号，按顺序表示，如16Mn等。第一节 钢的分类与编号2、优质碳素结构钢 优质碳素结构钢的牌号以两位数表示，这两位数字表示钢的平均含碳量的万分之几。 沸腾钢和半镇静钢在牌号尾部分别加符号“F”和“b”。如平均含碳量为0.08%的沸腾钢，其牌号表示为“08F”；平均含碳量为0.01%的半镇静钢，其牌号表示为“10b”。镇静钢一般不表示符号，如平均含碳量为0.45%的镇静钢，其牌号表示为“45”。 钢的含锰量为0.70%1.00%时，在牌号后加锰元素符号，如“50Mn”。高级优质钢在牌号后加
10、字母“A”。特级优质钢在牌号后加字母“E”如“45E”。第一节 钢的分类与编号3、合金结构钢和合金弹簧钢 合金结构钢和合金弹簧钢牌号由两位数字（表示平均含碳量的万分之几）加上其后带有百分含量数字的合金元素符号组成。如：30CrMnSi、18Cr2Ni4W第一节 钢的分类与编号4、工具钢l碳素工具钢碳素工具钢的牌号由字母“T”与其后的数字组成，如“T9”。高级优质钢在牌号后加字母“A”如“T10A”。第一节 钢的分类与编号l合金工具钢和高速工具钢 合金工具钢和高速工具钢牌号的表示方法与合金结构钢基本相同，但一般不标明含碳量数字，如“Cr12MoV”（平均含碳量为1.60%）“W6Mo5Cr4V2
11、”（平均含碳量为0.85%）当合金工具钢的含碳量小于1.00%时，含碳量用一位数字标明，表示平均含碳量的千分之几，如“8MnSi”。 平均含铬量小于1%的合金工具钢，在含铬量（以千分之一为单位）前加数字“0”，如“Cr06”第一节 钢的分类与编号5、轴承钢 高碳铬轴承钢的牌号以字母“G”打头，牌号中不标明含碳量，铬含量以千分之一为单位，如“GCr15”的平均含铬量为1.5%。渗碳轴承钢牌号的表示方法与合金结构钢相同，仅在牌号头部加字母“G”如“G20CrNiMo”。第一节 钢的分类与编号6、不锈钢和耐热钢 不锈钢和耐热钢的牌号由表示平均含碳量的数字（以千分之一为单位）与其后带有百分含量的合金元
12、素符号组成。合金元素含量表示方法同合金结构钢。含碳量的表示方法为：当平均含碳量1.00%时，用两位数字表示，如“11Cr17”（平均含碳量为1.10%）；当1.00%平均含碳量0.1%时，用一位数字表示，如“2Cr13”（平均含碳量伪0.20%）；第一节 钢的分类与编号 当含碳量上限0.1%时，以“0”表示，如“0Cr18Ni9”（含碳量上限为0.08%）；当0.03%含碳量上限0.01%（超低碳），以“03”表示，如“03Cr19Ni10”（含碳量上限为0.03%）；当含碳量上限0.01%时（极低碳），以“01”表示，如“01Cr19Ni11”（含碳量上限为0.01%）。 第一节 钢的分类与编号 7、铸 钢 以强度为主要特征的铸钢牌号为“ZG”（表示“铸钢“二字）加上两组数字，第一组数字表示最低屈服强度值，第二组数字表示最低抗拉强度值，单位均为MPa如“ZG200-400”。以化学成分为主要特征的铸钢的牌号为“ZG”加上两位数字，这两位数字表示平均含碳量的万分之几。第一节 钢的分类与编号 合金铸钢牌号在两位数字后加上带有百分含量数字的元素符号。当合金元素平均含量为0.9%1.4%时，除锰只标符号不标含量外，其他元素需在符号后标注数字1；当合金元素平均含量大于1.5%时，标注方法同合金结构钢，如“ZG15Cr1Mo1V”、“ZG20Cr13”。
