第15讲 金属焊接性及试验方法
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1.金属焊接性就是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。
2.如何分析金属的焊接性,一、从金属的特性分析焊接性:1.利用化学成分分析2.利用物理性能分析3.利用化学性能分析4.利用合金相图分析5.利用CCT图或SHCCT图分析,除此之外,还有金属焊前的热处理状态也是分析焊接性时需要考虑的因素。
二、从焊接工艺条件分析焊接性1.热源特点2.保护方法3.热循环控制4.其他工艺因素3.常用焊接性试验方法:1.斜Y形破口焊接裂纹试验法,主要用于评定碳钢和低合金高强度钢焊接热影响区对冷裂纹的敏感性2.插销试验:测定钢材焊接热影响区冷裂纹敏感性的一种定量试验方法,此法还可用于测定再热裂纹敏感性和层状撕裂敏感性3.压板对接焊接裂纹实验法:用于评定热裂纹敏感性,也可做钢材与焊条匹配性的试验4.可调拘束裂纹试验法:用于评定热裂纹敏感性4.调质状态下焊接时的工艺特点:1.裂纹2.高碳马氏体引起的硬化和脆化3.高温回火区软化引起的强度降低5.防止焊缝发生晶间腐蚀:1.通过焊接材料,使焊缝金属或者成为超低碳情况,或者含有足够的稳定化元素Nb。
2.调整焊缝成分以获得一定数量的铁素体相。
6.铸铁焊接应用于以下三个场合:1.铸造缺陷的焊补2.已损坏的铸铁成品件的焊补3.零件的生产7.焊缝石墨形状对焊缝抗裂性有一定的影响:粗而长的片状石墨容易引起应力集中,会降低焊缝的抗裂性;石墨以细片状存在时,可改善焊缝的抗裂性。
最近研究表明,石墨以团絮状或球状存在时,焊缝具有较好的抗裂纹性能。
8.解决镍基焊缝的热裂纹问题:1. 在冶金处理方面,可通过调整焊缝化学成分,使其脆性温度区间缩小,加入稀土元素,增强脱S、P反应,以及使晶粒细化等途径,以提高焊缝的抗热裂纹性能。
2.采用正确的冷焊工艺,使焊接应力降低,以及使母材中的有害杂质较少熔入焊缝,均有助于防止焊接热裂纹的发生。
9.我国目前采用电弧热焊焊条有两种,一种采用铸铁芯加石墨型药皮(铸248),另一种采用低碳钢芯加石墨型药皮(铸208)10.适当提高焊缝含碳量及适当保持焊缝含硅量可以解决焊接接头白口问题的原因:1.提高焊缝含碳量对减弱与消除半熔化区白口作用比提高硅有效,因为在液态时碳的扩散能力比硅强十倍左右2.通过研究工作还发现,在碳、硅总量一定时,提高焊缝含碳量比提高焊缝含硅量更能减少焊缝收缩量,从而对降低焊缝裂纹敏感性有好处3.焊缝含硅量大于5%左右以后,由于硅对铁素体固溶强化的结果,反而使焊缝硬度升高,而对碳来说不存在这个问题。
1金属的焊接性:指同质材料或异质材料在制造工艺条件下,能够焊接形成完整的接头并满足预期使用要求的性能。
2合金结构钢:在碳素结构钢基础上添加一定量的合金元素达到所需性能需求的钢材。
3碳当量:把钢中合金元素的含量按相当于若干碳当量折算并叠加起来,作为粗略评定钢材冷裂纹倾向的参数指标。
4均匀腐蚀:是指接触腐蚀介质的金属表面全部产生腐蚀的现象5点腐蚀:是指在金属材料表面大部分不腐蚀或腐蚀轻微,而分散发生局部腐蚀,又称坑蚀或孔蚀。
不锈钢常因Cl-的存在而使钝化层局部破坏以至形成腐蚀坑6缝隙腐蚀:焊缝中不锈钢吸附Cl-而被局部破坏的现象7晶界腐蚀:在晶粒边界附近发生的有选择性的腐蚀现象。
8应力腐蚀:是指不锈钢在特定的腐蚀介质和拉应力作用下出现的低于强度极限的脆性开裂现象。
第二章焊接性及其试验内容1影响焊接性的因素1)材料因素:母材本身和使用焊接材料,影响最大的是化学成分2)设计因素:焊接接头的形式3)工艺因素:焊接方法对焊接性的影响,焊接方法是多层焊、单道焊,常见工艺措施有焊前预热,缓冷和焊后热处理4)服役环境:工作温度低,工作介质种类,载荷性质等。
2焊接性分析(一)金属本身的特性(可以用碳当量,经验公式判定)1)化学成分——碳当量法CE或Ceq’碳当量数值越大,被焊钢材的淬硬倾向越大,焊接区月容易产生冷裂纹2)利用物理性能3)利用化学性能4)利用相图或SHCCT图分析(二)从焊接工艺条件分析1)焊接工艺特点2)保护方法3)热循环控制,清理坡口3焊接性试验内容1)焊缝金属抵抗产生热裂纹的能力2)焊缝及热影响区抵抗产生冷裂纹的能力3)焊接接头抗脆性断裂的能力4)焊接接头的使用能力4焊接性的试验方法1)斜Y形破口对接裂纹试验——小铁研法用途:主要用于1评定低合金结构钢焊缝及HAZ的冷裂纹敏感性,2确定预热温度2)插销试验方法用途:1冷裂纹敏感2确定预热温度第三章合金结构钢的焊接1热轧及正火钢的焊接性分析及区别1)热裂纹(1)C、Ni、Si 促使S的偏析形成FeS,促进热裂纹(2)Mn抵消热裂纹热轧及正火钢一般碳含量较低,而Mn含量较高,具有较好的抗裂纹性能,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16Mn和16MnTi相差不大2)冷裂纹——淬硬倾向a)热轧钢16Mn:在快冷过程中,转变含碳较高的贝氏体和马氏体,引起淬硬倾向b)正火钢16MnTi:由于热输入比较大,造成TiC溶入基体,提高淬硬倾向,所以冷裂倾向比较大防止措施:控制焊接热输入、降低扩散氢含量、预热和及时焊后热处理3)消除应力裂纹(再热裂纹)含Mo正火钢,进行焊后消除应力热处理或焊后再次高温加热形成的。
第一章金属焊接性及其试验方法金属材料在焊接时,要经受加热、熔化、化学反应、结晶、冷却、相变等一系列复杂的过程。
这些过程又都是在温度、成分、应力极不平衡的条件下进行的,所以往往在焊接区造成缺陷,或者使金属的性能下降而不能满足使用要求。
例如:二战期间,美国为了应对战争的需要,制造了4700艘海轮(焊接结构),约有1000艘船体发生了脆性破坏事故,其中190艘的事故是极其严重的,有的甚至裂成两段。
因此,单从金属材料本身的性能,不能直接说明它在焊接时可能出现的问题以及在焊后能否满足使用要求。
这就要求从焊接角度出发来研究金属的某些特定性能,从而就提出了焊接性的概念。
第一节金属焊接性概念一、金属焊接性1.定义:在GB/T3375-1994《焊接术语》中下的定义是:焊接性是指材料在限定的焊接施工条件下,焊接成规定设计要求的构件,并满足预定服役要求的能力。
焊接性受材料、焊接方法、构件类型及使用要求四个因素的影响。
内涵:a.结合性能:材料焊接时对缺陷的敏感性。
b.使用性能:焊成的接头在指定的使用条件下可靠运行的能力。
研究焊接性的目的:查明一定的材料在指定的焊接工艺条件下可能出现的问题,以确定焊接工艺的合理性或材料的改进方向。
说的通俗些,焊接性就是指金属材料“好焊不好焊”以及焊成的接头“好用不好用”。
如果金属焊接工艺过程简单而接头质量高,性能好时,就称作焊接性好。
反之,就称作焊接性差。
2.影响金属焊接性的因素焊接性是金属材料的一种工艺性能,影响因素颇多,但大体可归结为材料、工艺、结构及服役等四个方面。
(1)材料因素母材本身的理化性能对其焊接性有着决定性的作用。
例如铝的性质很活泼,容易氧化,所以它的焊接比钢困难得多。
又如,钢材为较复杂的合金系,并通过热处理、变形加工等方式获得强化,则不易获得与母材完全匹配的焊缝金属,以至整个接头。
如果两种以上金属材料的焊接,则和它们各自的性能有关,一般而言,晶体结构、理化性能接近的金属材料比较容易实现焊接。