CWI培训第六章金属的特性和破坏性试验第六单元ppt课件

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1、第六单元第六单元金属的特性和破坏性实验金属的特性和破坏性实验中国检验认证集团陕西中国检验认证集团陕西 美国焊接学会美国焊接学会AWS认认可可CWI培训机构培训机构联络：联络：029-85407368ccic-csn/training_CWI.htmlAWS官网信息：官网信息：aws.org/certification/inter_contact_schedule.html一、金属的机械性能一、金属的机械性能 2 2 二、金属的化学性能二、金属的化学性能 7 7 三、破坏性三、破坏性实验 12 12 四、概述四、概述 27 27 一、金属的机械性能一、金属的机械性能我们将讨论金属的一些重要的机械

2、性能；这里的我们将讨论金属的一些重要的机械性能；这里的讨论限于以下五种性能：讨论限于以下五种性能： 强度强度 延展性延展性 硬度硬度 韧性韧性 疲劳强度疲劳强度1.1.强度强度强度强度 :“ :“资料可以接受所加载荷的才干。资料可以接受所加载荷的才干。有很多种强度，每一种都取决于这一载荷是如何施加到资料上的，如:拉伸强度，剪切强度，抗扭强度，冲击强度和疲劳强度。拉伸强度被描画为当金属接受张力或拉力载荷而不失效的才干。拉伸强度通常以两种不同方式描画。所用的术语是最大的拉伸强度和屈服强度。p4of29p4of29图图6.26.2一些金属的机械性能一些金属的机械性能 延展性延展性 延展性是资料在接受

3、载荷而没有失效情况下变形或伸延展性是资料在接受载荷而没有失效情况下变形或伸长的才干。长的才干。它能够影响到金属在受载下是渐渐失效还是忽然失效。它能够影响到金属在受载下是渐渐失效还是忽然失效。假设金属有高的延展性，它通常会渐渐地断裂。假设金属有高的延展性，它通常会渐渐地断裂。金属的延展性直接与其温度有关。当温度上升时，金金属的延展性直接与其温度有关。当温度上升时，金属的延展性会添加。当温度下降时，延展性会减小。属的延展性会添加。当温度下降时，延展性会减小。具有高延展性的金属可以称为韧性资料，低延展性金具有高延展性的金属可以称为韧性资料，低延展性金属可称为脆性资料。属可称为脆性资料。轧制金属，在资

4、料的横向，相对于轧制方向的性能，轧制金属，在资料的横向，相对于轧制方向的性能，强度要降低强度要降低30%，延伸性要减少，延伸性要减少50%。在厚度方向，。在厚度方向，其强度和延伸性甚至更低。其强度和延伸性甚至更低。上述所涉及的三个方向的每一个都分配了一个识别字上述所涉及的三个方向的每一个都分配了一个识别字母。轧制方向是母。轧制方向是X，横向是，横向是Y，厚度方向是，厚度方向是Z。 硬度硬度 它被定义为一资料抵抗压痕或侵入的才干。它被定义为一资料抵抗压痕或侵入的才干。对于碳钢，硬度和强度是直接相关的。当对于碳钢，硬度和强度是直接相关的。当强度添加，也硬度随之添加，反之亦然。强度添加，也硬度随之添

5、加，反之亦然。P5of29P5of29图图6.46.4所示是通常运用的硬度实验的压头以及所示是通常运用的硬度实验的压头以及产生的压痕外形产生的压痕外形 韧性韧性 韧性是资料光滑无缺口时吸收能量的才干。金韧性是资料光滑无缺口时吸收能量的才干。金属的韧性是在某温度下确定的。没有实验温度属的韧性是在某温度下确定的。没有实验温度的韧性值几乎是无意义的。的韧性值几乎是无意义的。 金属韧性是可以用应力应变曲线下的面积的计金属韧性是可以用应力应变曲线下的面积的计算来确定，如算来确定，如P5of29P5of29图图6.56.5所示。所示。在测定金属韧性的实验中，通常要确定的是金在测定金属韧性的实验中，通常要确

6、定的是金属从韧性转为脆性的温度。该温度被称为金属属从韧性转为脆性的温度。该温度被称为金属的脆性转变温度。的脆性转变温度。 大部分实验是将金属在某一温度时施加冲击载大部分实验是将金属在某一温度时施加冲击载荷。常用的缺口韧性或冲击实验包括夏比实验，荷。常用的缺口韧性或冲击实验包括夏比实验，落锤无延性转变温度实验，爆破实验，动态撕落锤无延性转变温度实验，爆破实验，动态撕裂以及裂纹尖端张开位移实验裂以及裂纹尖端张开位移实验CTODCTOD。 疲劳强度疲劳强度 金属的疲劳强度定义为金属在反复载荷下抵金属的疲劳强度定义为金属在反复载荷下抵御失效的必要强度。御失效的必要强度。通常疲劳实验是以拉伸施加应力，然

7、后再在通常疲劳实验是以拉伸施加应力，然后再在以同样的量紧缩，如此循环反复。这种实验以同样的量紧缩，如此循环反复。这种实验称为反向弯曲实验。当所施加的最大的应力称为反向弯曲实验。当所施加的最大的应力添加，所需的产生失效的循环次数减少。添加，所需的产生失效的循环次数减少。假设实验是在各种应力下进展的，那么就可假设实验是在各种应力下进展的，那么就可以作出以作出S-NS-N曲线，如曲线，如P6of29P6of29图图6.76.7所示。所示。S-NS-N曲曲线是用图来描画在各种应力下产生疲劳失效线是用图来描画在各种应力下产生疲劳失效所需求的循环次数。所需求的循环次数。 P6of29P6of29图图6.7

8、6.7钢和铝典型钢和铝典型S-NS-N曲线曲线这些曲线显示了钢有明确的疲劳极限，这些曲线显示了钢有明确的疲劳极限，但铝的曲线并没有明确的疲劳极限。但铝的曲线并没有明确的疲劳极限。疲劳极限是指无论载荷施加了多少个循疲劳极限是指无论载荷施加了多少个循环次数，金属不出现失效的最大应力。环次数，金属不出现失效的最大应力。对于钢，只需应力坚持在疲劳极限下，对于钢，只需应力坚持在疲劳极限下，可以无限地维持。碳钢的疲劳强度经常大可以无限地维持。碳钢的疲劳强度经常大约等于其拉伸强度的一半。约等于其拉伸强度的一半。 焊缝外表的不延续，如咬边，焊瘤，焊缝外表的不延续，如咬边，焊瘤，加强高过大或凸面都对焊件的疲劳强

9、度加强高过大或凸面都对焊件的疲劳强度有影响。有影响。焊缝内部的不延续也能呵斥疲劳失效，焊缝内部的不延续也能呵斥疲劳失效，那些在外表上的不延续更让人忧虑。由那些在外表上的不延续更让人忧虑。由于外表的不延续比内部的不延续更快地于外表的不延续比内部的不延续更快地导致疲劳失效。导致疲劳失效。二、金属的化学性能二、金属的化学性能 1.1.合金合金 钢的合金划分为三个分类：普通碳钢，钢的合金划分为三个分类：普通碳钢，低合金钢和高合金钢。低合金钢和高合金钢。普通碳钢普通碳钢它的根本元素为铁，但还含有少量的碳，它的根本元素为铁，但还含有少量的碳，锰，磷，硫和硅。含碳量对钢的性能锰，磷，硫和硅。含碳量对钢的性能

10、有最大的影响。有最大的影响。P8of29P8of29图图6.11(6.11(参见下参见下页页) )所示的是含碳量和普通碳钢的一些所示的是含碳量和普通碳钢的一些特性。特性。 P8of29P8of29图图6.11 6.11 普通碳钢的种类普通碳钢的种类 普通名字普通名字 碳含量碳含量 运用运用 可焊性可焊性 工业纯铁工业纯铁 最大最大0.03% 0.03% 镀锌和深度引长薄板镀锌和深度引长薄板 非常好非常好 和板条和板条 低碳钢低碳钢 最大最大0.15% 0.15% 焊条，各种外形的板，焊条，各种外形的板， 非常好非常好 薄板和板条薄板和板条 低碳钢低碳钢 0.15%-0.30% 0.15%-0.

11、30% 各种构造外形的板和条各种构造外形的板和条 好好 中碳钢中碳钢 0.30%-0.50% 0.30%-0.50% 机器零部件机器零部件 中等预热中等预热 和经常要求和经常要求 后热后热 高碳钢高碳钢 0.50%-1.00% 0.50%-1.00% 弹簧，模具，铁轨弹簧，模具，铁轨 低没有适低没有适 当的预热和当的预热和 后热很难接后热很难接 低合金钢低合金钢它包含非常少量的另一些元素，如镍，铬，锰它包含非常少量的另一些元素，如镍，铬，锰，硅，钒，钶，钼和硼。，硅，钒，钶，钼和硼。这些元素的不同含量可以引起在机械性能上的这些元素的不同含量可以引起在机械性能上的显著不同。这些低合金钢普通分为高

12、强度低合金显著不同。这些低合金钢普通分为高强度低合金构造钢，低温用钢或高温用钢。构造钢，低温用钢或高温用钢。低合金钢也能根据它们的化学成份进展分类。低合金钢也能根据它们的化学成份进展分类。如如p8of29图图6.12所示。这种分类是由美国钢铁研所示。这种分类是由美国钢铁研讨所讨所AISI和汽车工程师学会和汽车工程师学会(SAE)编制的，编制的，并经常地在钢消费中运用。并经常地在钢消费中运用。 P8of29P8of29图图6.12 AISI-SAE6.12 AISI-SAE碳碳钢钢和低合金和低合金钢钢的命名的命名(1) (1) 系列命名系列命名 型式和类别型式和类别 10xx 10xx 无再硫化

13、碳钢等级无再硫化碳钢等级 11xx 11xx 再硫化碳钢等级再硫化碳钢等级 13xx 1.75%13xx 1.75%锰锰 23xx 3.50%23xx 3.50%镍镍 25xx 5.00%25xx 5.00%镍镍 31xx 1.25%31xx 1.25%镍镍 0.65% 0.65%或或0.80%0.80%的铬的铬 33xx 3.50%33xx 3.50%镍镍 1.55% 1.55%铬铬 40xx 0.25%40xx 0.25%钼钼 41xx 0.50-0.95% 41xx 0.50-0.95% 铬铬 0.12% 0.12%或或0.20%0.20%钼钼 43xx 1.80%43xx 1.80%镍

14、镍 0.50% 0.50%或或0.80%0.80%铬铬 0.25% 0.25%钼钼 46xx 1.55%46xx 1.55%或或1.80%1.80%镍镍 0.20% 0.20%或或0.25%0.25%钼钼 P8of29P8of29图图6.12 AISI-SAE6.12 AISI-SAE碳钢和低合金钢的命名碳钢和低合金钢的命名(2)(2)47xx 1.05%47xx 1.05%镍镍 0.45% 0.45%铬铬 0.25% 0.25%钼钼 48xx 3.50%48xx 3.50%镍镍 0.25% 0.25%钼钼 50xx 0.28%50xx 0.28%或或0.40%0.40%铬铬 51xx 0.8

15、0%, 0.90%, 0.95%, 1.00%, 51xx 0.80%, 0.90%, 0.95%, 1.00%, 或或1.45%1.45%铬铬 5xxxx 1.00%5xxxx 1.00%碳碳 0.50%, 1.00%, 0.50%, 1.00%, 或或1.05%1.05%铬铬 61xx 0.80%61xx 0.80%或或0.95%0.95%铬铬 最小最小0.10%0.10%或或0.15%0.15%的钒的钒 86xx 0.55%86xx 0.55%镍镍 0.50% 0.50%或或0.65%0.65%铬铬 0.20% 0.20%钼钼 87xx 0.55%87xx 0.55%镍镍 0.50% 0

16、.50%铬铬 0.25% 0.25%钼钼 92xx 0.85%92xx 0.85%锰锰 2.00% 2.00%硅硅 93xx 3.25%93xx 3.25%镍镍 1.20% 1.20%铬铬 0.12% 0.12%钼钼 94xx 1.00%94xx 1.00%锰锰 0.45% 0.45%镍镍 0.40% 0.40%铬铬 0.12% 0.12%钼钼 97xx 0.55%97xx 0.55%镍镍 0.17% 0.17%铬铬 0.20% 0.20%钼钼 98xx 1.00%98xx 1.00%镍镍 0.80% 0.80%铬铬 0.25% 0.25%钼钼 高合金钢高合金钢高合金钢包括不锈钢和其它耐腐高合

17、金钢包括不锈钢和其它耐腐蚀合金。不锈钢含有至少蚀合金。不锈钢含有至少12%的铬。的铬。P9of29图图6.13是一些不锈钢的化学是一些不锈钢的化学成分。它们可以划分成五个组：奥成分。它们可以划分成五个组：奥氏体，马氏体，铁素体，沉淀硬化氏体，马氏体，铁素体，沉淀硬化和双相组织。和双相组织。 P9of29P9of29图图6.13 6.13 一些不锈钢的化学成分一些不锈钢的化学成分 2.2.化学元素对钢的影响化学元素对钢的影响 碳碳碳碳 普通以为是钢中最重要的合金元素，能到普通以为是钢中最重要的合金元素，能到普通以为是钢中最重要的合金元素，能到普通以为是钢中最重要的合金元素，能到达最大达最大达最大

18、达最大2%2%2%2%的含量虽然最可焊钢含碳量小于的含量虽然最可焊钢含碳量小于的含量虽然最可焊钢含碳量小于的含量虽然最可焊钢含碳量小于0.5%0.5%0.5%0.5%。碳既能溶解于铁，也能以碳化物的方式存在，。碳既能溶解于铁，也能以碳化物的方式存在，。碳既能溶解于铁，也能以碳化物的方式存在，。碳既能溶解于铁，也能以碳化物的方式存在，如碳化铁如碳化铁如碳化铁如碳化铁Fe3CFe3CFe3CFe3C。含碳量添加，硬度和拉伸强。含碳量添加，硬度和拉伸强。含碳量添加，硬度和拉伸强。含碳量添加，硬度和拉伸强度也添加，相应的淬硬性也添加了。在另一方面，度也添加，相应的淬硬性也添加了。在另一方面，度也添加，

19、相应的淬硬性也添加了。在另一方面，度也添加，相应的淬硬性也添加了。在另一方面，含碳量的添加降低了可焊性。含碳量的添加降低了可焊性。含碳量的添加降低了可焊性。含碳量的添加降低了可焊性。 硫硫硫硫 通常在钢中硫是比其它合金元素更不受欢通常在钢中硫是比其它合金元素更不受欢通常在钢中硫是比其它合金元素更不受欢通常在钢中硫是比其它合金元素更不受欢迎的杂质。在钢消费期间，经常要用特定的方法迎的杂质。在钢消费期间，经常要用特定的方法迎的杂质。在钢消费期间，经常要用特定的方法迎的杂质。在钢消费期间，经常要用特定的方法去减少它的含量。假设超越去减少它的含量。假设超越去减少它的含量。假设超越去减少它的含量。假设超

20、越0.05%0.05%0.05%0.05%，就会引起脆性，就会引起脆性，就会引起脆性，就会引起脆性并降低可焊性。在合金中参与并降低可焊性。在合金中参与并降低可焊性。在合金中参与并降低可焊性。在合金中参与0.10%0.10%0.10%0.10%到到到到0.30%0.30%0.30%0.30%的硫，的硫，的硫，的硫，可以改善钢的机加工性能。称为再硫化或快削。可以改善钢的机加工性能。称为再硫化或快削。可以改善钢的机加工性能。称为再硫化或快削。可以改善钢的机加工性能。称为再硫化或快削。快削高速切削合金不会用于有焊接要求的地快削高速切削合金不会用于有焊接要求的地快削高速切削合金不会用于有焊接要求的地快削

21、高速切削合金不会用于有焊接要求的地方。方。方。方。 磷磷 通常以为是钢中的杂质。在大多数通常以为是钢中的杂质。在大多数的碳钢中其含量通常最大为的碳钢中其含量通常最大为0.04%0.04%。在淬硬钢。在淬硬钢中，它会引起脆化。在低合金高强度钢中，中，它会引起脆化。在低合金高强度钢中，磷能加至磷能加至0.10%0.10%以改善强度和耐腐蚀性。以改善强度和耐腐蚀性。 硅硅 通常只需少量通常只需少量0.20%0.20%的硅存在的硅存在于轧制的钢中作为脱氧剂。然而，在铸钢件于轧制的钢中作为脱氧剂。然而，在铸钢件中，通常有中，通常有0.30%0.30%到到1.00%1.00%。 锰锰 通常钢含有至少通常钢

22、含有至少0.30%0.30%的锰。由于的锰。由于它有三个方面的作用。它有三个方面的作用。协助钢脱氧。协助钢脱氧。防防止构成硫化铁。止构成硫化铁。提高钢的淬硬性以增大强提高钢的淬硬性以增大强度。在碳钢中，锰的含量可达度。在碳钢中，锰的含量可达1.5%. 1.5%. 铬铬 是一个很有用的合金元素。参与铬主要有是一个很有用的合金元素。参与铬主要有二个缘由。首先是大大地添加了钢的淬硬性。再那二个缘由。首先是大大地添加了钢的淬硬性。再那么就是改良了合金在氧化介质中的抗腐蚀性。有些么就是改良了合金在氧化介质中的抗腐蚀性。有些钢材中它会使资料太硬，从而在焊缝区域或接近焊钢材中它会使资料太硬，从而在焊缝区域或

23、接近焊缝的区域产生裂纹。不锈钢中铬含量超越缝的区域产生裂纹。不锈钢中铬含量超越12%12%。 钼钼 该元素能促使碳化物的构成，通常在合金该元素能促使碳化物的构成，通常在合金钢中含量小于钢中含量小于1.0%1.0%。参与钼是为了加强淬硬性及高。参与钼是为了加强淬硬性及高温强度。参与奥氏体不锈钢中能改善抗麻点腐蚀。温强度。参与奥氏体不锈钢中能改善抗麻点腐蚀。 镍镍 参与钢中的镍是为了添加其淬硬性。它在参与钢中的镍是为了添加其淬硬性。它在加强淬硬性上起着很大作用。由于它经常能改善钢加强淬硬性上起着很大作用。由于它经常能改善钢的韧性及延展性，而同时又能添加强度和硬度。镍的韧性及延展性，而同时又能添加强

24、度和硬度。镍经常用于改善钢在低温时的韧性。经常用于改善钢在低温时的韧性。 铝铝 参与钢中的铝非常少，只是作为脱参与钢中的铝非常少，只是作为脱氧剂。它能细化晶粒而改善韧性；在钢中参氧剂。它能细化晶粒而改善韧性；在钢中参与适量的铝，这种方法成为晶粒细化法。与适量的铝，这种方法成为晶粒细化法。 钒钒 参与钒将会添加钢的淬硬性。它非参与钒将会添加钢的淬硬性。它非常有效地添加钢的淬硬性。因此它经常以准常有效地添加钢的淬硬性。因此它经常以准确的量参与。当超越确的量参与。当超越0.05%0.05%时，在消除应力热时，在消除应力热处置时钢有脆化倾向。处置时钢有脆化倾向。 铌铌 与钒一样，通常以为它也是添加钢与

25、钒一样，通常以为它也是添加钢的淬硬性。然而，由于它对碳有很强的亲合的淬硬性。然而，由于它对碳有很强的亲合力，它能与钢中的碳结合，使淬硬性大大地力，它能与钢中的碳结合，使淬硬性大大地降低。它作为稳定剂参与奥氏体不锈钢以改降低。它作为稳定剂参与奥氏体不锈钢以改善焊态的性能。善焊态的性能。溶解气体溶解气体 氢气，氧气和氮氢气，氧气和氮气都能溶于熔化了的钢中，假设气都能溶于熔化了的钢中，假设不尽量减少，能使钢脆化并能不尽量减少，能使钢脆化并能引起气孔。钢的精炼工艺就是引起气孔。钢的精炼工艺就是尽能够消除这些气体的存在。焊尽能够消除这些气体的存在。焊剂或是维护气体用剂或是维护气体用 于防止这些气于防止这

26、些气体溶入熔化了的焊缝金属。体溶入熔化了的焊缝金属。3.3.合金组合金组 铝合金铝合金铝合金按其运用可以分为二铝合金按其运用可以分为二类：可热处置，不可热处置。类：可热处置，不可热处置。可热处置铝从可热处置铝从 “ “沉淀硬化的工艺中得沉淀硬化的工艺中得到硬度和强度。到硬度和强度。不可热处置的铝是由应变硬化冷加工不可热处置的铝是由应变硬化冷加工和参与合金元素来添加强度。和参与合金元素来添加强度。P11of29P11of29图图6.146.14所列的是根据主要的合金所列的是根据主要的合金元素，对各种铝合金的命名。元素，对各种铝合金的命名。 P11of29 P11of29图图6.156.15所示的

27、是按回火形状命所示的是按回火形状命名的铝合金。名的铝合金。 P11of29P11of29图图6.14- 6.14- 铝协会对铝合金的分组铝协会对铝合金的分组 主要合金元素主要合金元素 铝的组合号铝的组合号 *纯铝纯铝 1xxx 铜铜 2xxx 锰锰 3xxx 硅硅 4xxx 镁镁 5xxx 镁和硅镁和硅 6xxx 锌锌 7xxx *(最小最小99%) P11of29P11of29图图6.15 6.15 按回火形状命名的铝合金按回火形状命名的铝合金 命名命名 情况情况 F F 制造形状制造形状 O O 退火了的退火了的 H1 H1 仅应变硬化仅应变硬化 H2 H2 应变硬化和部分回火应变硬化和部

28、分回火 H3 H3 应变硬化和热稳定化应变硬化和热稳定化 W W 固溶热处置的固溶热处置的 T1 T1 从高温成形工艺中冷却并自然老化从高温成形工艺中冷却并自然老化 T2 T2 从高温成形工艺中冷却，冷加工并自然老化从高温成形工艺中冷却，冷加工并自然老化 T3 T3 固溶热处置，冷加工并自然老化固溶热处置，冷加工并自然老化 T4 T4 固溶热处置并自然老化固溶热处置并自然老化 T5 T5 从高温成形工艺中冷却，然后人工地老化从高温成形工艺中冷却，然后人工地老化 T6 T6 固溶热处置然后人工老化固溶热处置然后人工老化 T7 T7 固溶热处置及稳定化固溶热处置及稳定化 T8 T8 固溶热处置，冷

29、加工，然后人工老化固溶热处置，冷加工，然后人工老化 T9 T9 固溶热处置，人工老化，然后冷加工固溶热处置，人工老化，然后冷加工 T10 T10 从高温成形工艺中冷却，冷加工，然后人工老化从高温成形工艺中冷却，冷加工，然后人工老化镍合金镍合金镍是一种韧性的，银色的金属，密度镍是一种韧性的，银色的金属，密度与铜大致一样。即使在高温下，它也与铜大致一样。即使在高温下，它也具有非常良好的抗腐蚀和抗氧化的才具有非常良好的抗腐蚀和抗氧化的才干。干。镍很容易与许多资料合金。如铁，铬镍很容易与许多资料合金。如铁，铬和铜。许多高温合金和耐腐蚀合金都和铜。许多高温合金和耐腐蚀合金都含有含有60%70%60%70

30、%的镍。包括几种合金，如的镍。包括几种合金，如蒙乃尔蒙乃尔400400，因科镍，因科镍600600，哈氏合金，哈氏合金C-C-276276。常用的焊接方法都适用于镍及镍合金。常用的焊接方法都适用于镍及镍合金。 铜合金铜合金铜的合金主要分成八个组，包括：铜的合金主要分成八个组，包括： 纯铜纯铜 高铜合金高铜合金 黄铜黄铜 青铜青铜 铜镍铜镍 铜镍锌合金镍银铜镍锌合金镍银 加铅铜加铅铜 特种合金特种合金 虽然大多数铜合金在一定程度上可以焊接和虽然大多数铜合金在一定程度上可以焊接和/ /或或钎焊，但它们高导热性迅速地把焊接或钎焊热从接钎焊，但它们高导热性迅速地把焊接或钎焊热从接头处散掉，给焊缝成形带

31、来困难。头处散掉，给焊缝成形带来困难。三、破坏性实验三、破坏性实验1.1.拉伸实验拉伸实验 可以由拉伸实验所测定的性能包括：可以由拉伸实验所测定的性能包括： 极限拉伸强度极限拉伸强度 屈服强度屈服强度 延展性延展性 延伸率延伸率 断面收缩率断面收缩率 弹性模量弹性模量 比例极限比例极限 弹性极限弹性极限 韧性韧性 焊接试样做拉伸实验仅仅是为了焊接试样做拉伸实验仅仅是为了 看焊缝的表现能否与母材一样。看焊缝的表现能否与母材一样。试样在垂直于焊缝纵轴的方向上试样在垂直于焊缝纵轴的方向上截取，使焊缝大约在试样的当中。截取，使焊缝大约在试样的当中。试样坚持两侧平行。焊缝加强高经试样坚持两侧平行。焊缝加

32、强高经常是磨平的。常是磨平的。 试样按美国石油协会的试样按美国石油协会的API 1104API 1104的焊接工艺评定和焊工技艺进展评的焊接工艺评定和焊工技艺进展评定。定。2.2.硬度实验硬度实验 三个硬度实验法：布氏硬度，洛氏硬度及三个硬度实验法：布氏硬度，洛氏硬度及显微硬度。显微硬度。布氏硬度布氏硬度常用于确定金属毛坯的硬度。它的压痕常用于确定金属毛坯的硬度。它的压痕面积大，消除了金属部分软硬点的影响。面积大，消除了金属部分软硬点的影响。实验前需求研磨或砂磨外表以获得相对实验前需求研磨或砂磨外表以获得相对平的实验区域。另外该外表也应足够光滑平的实验区域。另外该外表也应足够光滑以使压痕尺寸能

33、准确丈量。以使压痕尺寸能准确丈量。根据压头的尺寸和类型、所加的载荷以根据压头的尺寸和类型、所加的载荷以及压痕产生的直径，可以确定布氏硬度值及压痕产生的直径，可以确定布氏硬度值(BHN)(BHN)。BHNBHN乘以乘以500500大约等于金属拉伸强度。这种大约等于金属拉伸强度。这种关系只能用于碳钢和低合金钢。关系只能用于碳钢和低合金钢。布氏实验的另外信息请参照布氏实验的另外信息请参照ASTM E10ASTM E10，金，金属资料布氏硬度的规范实验方法。属资料布氏硬度的规范实验方法。布氏实验的通常步骤是：布氏实验的通常步骤是： 预备实验外表预备实验外表; ; 施加实验载荷施加实验载荷; ; 坚持载

34、荷于一规定的时间坚持载荷于一规定的时间; ; 丈量压痕直径丈量压痕直径; ; 从表格确定从表格确定BHNBHN。 (2)(2)洛氏硬度洛氏硬度所运用的是圆锥形钻石压头，如所运用的是圆锥形钻石压头，如P19of29P19of29图图6.246.24所示，硬化钢球直径分别是所示，硬化钢球直径分别是1/161/16，1/81/8，1/41/4及及1/21/2英寸。洛氏实验所产生的压痕英寸。洛氏实验所产生的压痕比布氏实验要小。这就可以在面积相对较比布氏实验要小。这就可以在面积相对较小的金属上做部分实验。小的金属上做部分实验。 洛氏实验参见洛氏实验参见ASTM E18ASTM E18，金属资料洛，金属资

35、料洛氏硬度和洛氏外表硬度规范测试方法。氏硬度和洛氏外表硬度规范测试方法。 实验步骤如下：实验步骤如下： 预备实验外表预备实验外表; ; 把实验物放放洛氏实验机上把实验物放放洛氏实验机上; ; 用上升螺钉参与小载荷用上升螺钉参与小载荷; ; 施加主要载荷施加主要载荷; ; 撤掉主要载荷撤掉主要载荷; ; 读数读数; ; 撤掉小载荷并移走实验物。撤掉小载荷并移走实验物。(3)(3)显微硬度显微硬度显微硬度测试对了解金属的晶相构造很有显微硬度测试对了解金属的晶相构造很有用，由于它可以经过单个晶粒来确定这一用，由于它可以经过单个晶粒来确定这一细微区域的金属硬度。细微区域的金属硬度。显微硬度实验分两种类

36、型：维氏硬度和努显微硬度实验分两种类型：维氏硬度和努普氏硬度。都采用菱形压头，维氏压头的普氏硬度。都采用菱形压头，维氏压头的压痕为方形，对边几乎相等，而努普氏压压痕为方形，对边几乎相等，而努普氏压头有长边和短边。两种类型最终压痕的图头有长边和短边。两种类型最终压痕的图表见表见P19of29P19of29图图6.256.25。显微硬度是指加载范围从显微硬度是指加载范围从1 1到到10001000克。通常克。通常大多数显微硬度实验的载荷范围为大多数显微硬度实验的载荷范围为100100到到500500克。克。 显微硬度微硬度实验步步骤如下如下: : 预备测试外表预备测试外表; ; 将试样固定在夹持安

37、装上将试样固定在夹持安装上; ; 确定测试位置确定测试位置, ,运用显微镜运用显微镜; ; 压痕压痕; ; 用显微镜丈量压痕用显微镜丈量压痕; ; 查表或计算出硬度。查表或计算出硬度。 3.3.韧性实验韧性实验 美国最常用的缺口韧性实验是却贝美国最常用的缺口韧性实验是却贝V V缺口实验。缺口实验。这种实验的规范试样为：这种实验的规范试样为：10mmX10mm10mmX10mm正方形，长：正方形，长：55mm55mm。试样的一个长面上有一条精细加工的深试样的一个长面上有一条精细加工的深2mm2mm的的V V型型缺口。缺口底部的半径为缺口。缺口底部的半径为0.25mm0.25mm。这一半径的加。这

38、一半径的加工非常关键，由于即使是很小的不延续也会对实工非常关键，由于即使是很小的不延续也会对实验结果产生很大的变化。规范却贝试样，参见验结果产生很大的变化。规范却贝试样，参见P22of29P22of29图图6.286.28。 金属试样比规范试样小的话，通常还金属试样比规范试样小的话，通常还可选用减小的横截面试样。正方形横截可选用减小的横截面试样。正方形横截面的尺寸分别为面的尺寸分别为7.5mm,5.0mm,2.5mm7.5mm,5.0mm,2.5mm。当运用这种减小尺寸的试样要留意它当运用这种减小尺寸的试样要留意它所产生的韧性数据通常比规范尺寸的试所产生的韧性数据通常比规范尺寸的试样要高。因此

39、，小尺寸的却贝试样数据样要高。因此，小尺寸的却贝试样数据不能直接与规范尺寸样品数据比不能直接与规范尺寸样品数据比 。ASTMASTM规范规范E23E23详细讲述了冲击实验。详细讲述了冲击实验。夏比实验吸收能量用英尺磅表示。夏比实验吸收能量用英尺磅表示。夏比实验还有其他用来丈量缺夏比实验还有其他用来丈量缺口韧性的其它实验包括口韧性的其它实验包括: :落锤实验落锤实验; ;爆破实验爆破实验; ;动态撕裂动态撕裂; ;裂痕尖端张开位移实验裂痕尖端张开位移实验(CTOD)(CTOD)。这些实验运用不同的试样和加这些实验运用不同的试样和加载方式。载方式。 4.4.破坏性致密性实验破坏性致密性实验 破坏性

40、的致密性实验分三种类型：弯曲，缺口破坏性的致密性实验分三种类型：弯曲，缺口断裂，角焊缝断裂。通常也用无损探伤断裂，角焊缝断裂。通常也用无损探伤RTRT和和UTUT来测试致密性来测试致密性弯曲实验弯曲实验弯曲实验分有：横弯、纵弯、侧弯三种。弯曲实验分有：横弯、纵弯、侧弯三种。横弯、纵弯还分有正弯和背弯。横弯、纵弯还分有正弯和背弯。所谓正弯是试样受拉面为焊缝正面的弯曲。所谓正弯是试样受拉面为焊缝正面的弯曲。对于双面不对称焊缝，所谓正弯是试样的受对于双面不对称焊缝，所谓正弯是试样的受拉面为焊缝最大宽度面；拉面为焊缝最大宽度面；对于双面对称焊缝，所谓正弯是试样的先焊对于双面对称焊缝，所谓正弯是试样的先

41、焊面为受拉面面为受拉面横弯横弯纵弯纵弯侧弯侧弯(2)(2)缺口断裂实验缺口断裂实验缺口断裂实验只需在工业管道中才采缺口断裂实验只需在工业管道中才采用这种实验，在用这种实验，在API 1104API 1104中有描画。中有描画。这种方法经过焊接试样在焊缝处的断这种方法经过焊接试样在焊缝处的断裂来判别。所以能经过断裂面检查出裂来判别。所以能经过断裂面检查出不延续。沿两个或三个外表加工锯口不延续。沿两个或三个外表加工锯口使断裂发生在焊接区域。使断裂发生在焊接区域。典型的缺口断裂试样见典型的缺口断裂试样见P25of29P25of29图图6.366.36。( (见下页见下页) ) 典型的缺口断裂试样见典

42、型的缺口断裂试样见P25of29P25of29图图6.366.36试样锯出缺口后，在受拉安装把试样拉断，试样锯出缺口后，在受拉安装把试样拉断，或支撑两端用锒头敲击中间的部分，或一段或支撑两端用锒头敲击中间的部分，或一段用夹具固定，另一端用榔头敲断。用夹具固定，另一端用榔头敲断。使它断裂的目的是让试样在焊接区域断裂，使它断裂的目的是让试样在焊接区域断裂，从而可以确定能否有缺陷存在。断裂外表可从而可以确定能否有缺陷存在。断裂外表可以检查出各个区域的夹渣，气孔或未熔合。以检查出各个区域的夹渣，气孔或未熔合。假设存在以上缺陷，丈量并按照规范的限制假设存在以上缺陷，丈量并按照规范的限制来判别能否接受或回

43、绝。来判别能否接受或回绝。缺口破坏试样的评价根据缺口破坏试样的评价根据API 1104API 1104的要求的要求 见见P25of29P25of29图图6.376.37。( (图见下页图见下页) ) 缺口破坏试样的评价见缺口破坏试样的评价见P25of29P25of29图图6.376.37(3)(3)角焊缝断裂实验角焊缝断裂实验根据根据AWS D1.1这仅用于定位焊工的资历测这仅用于定位焊工的资历测试。试。角焊缝断裂试样见角焊缝断裂试样见P25of29图图6.38。(见下页见下页左图左图)试样焊好后，该试样按如试样焊好后，该试样按如P25of29图图6.39所所示施载破坏。示施载破坏。(见下页右

44、图见下页右图)在这一实验中，检验师要找一个令人满不在这一实验中，检验师要找一个令人满不测观的焊缝，另外，断面必需确保焊缝根测观的焊缝，另外，断面必需确保焊缝根部熔透，母材的任一区域都没有未熔合或部熔透，母材的任一区域都没有未熔合或大于大于3-32英寸的气孔。英寸的气孔。 角焊缝断裂试样及破裂方法角焊缝断裂试样及破裂方法5.5.疲劳实验疲劳实验 疲劳实验用来确定金属的疲劳强度。疲劳实验用来确定金属的疲劳强度。疲劳极限遭到外表加工的严重影响，实疲劳极限遭到外表加工的严重影响，实验试样的预备显得尤为重要。微小的瑕验试样的预备显得尤为重要。微小的瑕疵都能够引起实验结果的无效。疵都能够引起实验结果的无效

45、。 疲劳实验可以用不同的方法进展。用哪疲劳实验可以用不同的方法进展。用哪种实验方法取决于载荷的类型。载荷可种实验方法取决于载荷的类型。载荷可以是平面载荷，旋转弯曲，力矩，轴向以是平面载荷，旋转弯曲，力矩，轴向拉伸，轴向紧缩，或几种的结合。拉伸，轴向紧缩，或几种的结合。6.6.测试化学性能的破坏性实验测试化学性能的破坏性实验 (1)(1)金属化学成分分析金属化学成分分析确定金属的化学成分三种常用方法确定金属的化学成分三种常用方法:光谱测光谱测定定;熄灭熄灭;湿化学分析。湿化学分析。有关金属化学分析更多的信息，参见有关金属化学分析更多的信息，参见ASTM(ASTM(美美国资料与实验协会国资料与实验

46、协会) )的有关阐明。钢的特殊阐的有关阐明。钢的特殊阐明见明见ASTM A 751ASTM A 751，规范方法，惯例，有关钢产，规范方法，惯例，有关钢产品的化学分析定义。品的化学分析定义。在现场，金属分析可以用在现场，金属分析可以用X X射线荧光技术。它射线荧光技术。它在防止资料混合和区分合金类型上很有协助。在防止资料混合和区分合金类型上很有协助。假设只需求区分资料，可根据资料的磁化性能假设只需求区分资料，可根据资料的磁化性能和对试剂定性颜色的变化来判别资料。假设现和对试剂定性颜色的变化来判别资料。假设现场需求更准确的分析，可用便携式光谱仪。场需求更准确的分析，可用便携式光谱仪。 (2)(2

47、)腐蚀实验腐蚀实验它们专门用来确定金属或复合金属的抗腐蚀才它们专门用来确定金属或复合金属的抗腐蚀才干。干。腐蚀实验中必需思索化学成分，腐蚀环境，温腐蚀实验中必需思索化学成分，腐蚀环境，温度，水分，含氧量或其他金属，以及应力。忽度，水分，含氧量或其他金属，以及应力。忽略了任何一项，都能够导致实验无效。略了任何一项，都能够导致实验无效。(3)金相实验金相实验 金相实验分成宏观肉眼和微观显微镜金相实验分成宏观肉眼和微观显微镜两种。宏观的普通放大两种。宏观的普通放大10x或更低。微观实或更低。微观实验，放大倍数验，放大倍数10x，通常，通常100x 或更高。或更高。 宏观试样焊缝截面可以判别熔合深度，

48、宏观试样焊缝截面可以判别熔合深度，焊透深度，有效焊喉，焊缝的致密性，熔焊透深度，有效焊喉，焊缝的致密性，熔合度，焊缝不延续，焊缝外形，焊道数等。合度，焊缝不延续，焊缝外形，焊道数等。典型的宏观照片如典型的宏观照片如P26of29P26of29图图6.406.40。微观试样可以判别微观试样可以判别: :金相组织，有无夹渣金相组织，有无夹渣和微观缺陷，裂纹的性质等。和微观缺陷，裂纹的性质等。p26of29p26of29图图6.416.41显示了一些典型的该类照片。显示了一些典型的该类照片。这两种金相实验对于失效分析，焊接工这两种金相实验对于失效分析，焊接工艺和焊工评定，工艺控制都很有协助。艺和焊工评定，工艺控制都很有协助。 典型的宏观照片如P26of29图6.40典型的显微照片典型的显微照片P26of29P26of29图图6.416.41第六单元完第六单元完