金属材料的焊接性

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1、纹一般在含Ni3%~4%的钢中出现，而在底Ni和不含Ni的钢中较少发现。此外，蘑菇状焊接和高的焊接线能量也是造成液化裂纹的重要因素。因此，为防止热影响区液化裂纹的产生，母材必须含有低的C、S、Ni和高的Mn/S比，焊接时，尽量减少焊缝凹度和采用低的焊接线能量。（三）冷裂纹冷裂纹又称氢致裂纹，主要发生在焊接热影响区淬硬区，有时也发生在焊接金属内部。冷裂纹一般在冷却到环境温度下产生，有的则在焊后几天或几十天才出现，所以亦称延迟裂纹。1.热影响区冷裂纹造成热影响区冷裂纹的主要机理是氢在热影响区聚集并导致开裂。

2、综合各年来各方面的研究成果，可以认为，影响热影响区冷裂纹形成的主要有以下3大因素：①在热影响区形成淬硬的、对冷裂纹敏感的显微组织；②焊缝中存在足够高的氢浓度；③焊接接头具有一定的约束度，即在焊接区作用有一定的残余拉应力。只有在以上各点同时满足时，裂纹才会产生。敏感的显微组织指的是粗晶马氏体组织，因为在有马氏体转变的情况下，只要有较少量的氢就足以形成裂纹。造成敏感的显微组织又取决与钢材的化学成分和在相变范围内的冷却速度。碳是引起钢材淬硬的主要元素，一般以碳当量作为评定刚才焊接性的主要标志，按国际焊接学会推

3、荐的公式Cep=C+Mn6+Cr+Mo+V5+Ni+Cu15一般认为，当碳当量Cep>0.45%~0.55%时，就容易产生裂纹。冷却速度则与工件厚度、焊接线能量以及预热温度有关。当工件厚度超过30mm时，热传导由二维变为三维，加快了冷却速度，增大了淬硬倾向。增大焊接线能量和采取预热措施可以降低焊接件的冷却速度，它不仅有利于软化热影响区的显微组织，而且也有利于氢从焊件中逃出。但对于含V和Nb的钢种以及调质低合金钢，以防止热影响区脆化，焊接线能量应加以适当控制。高的氢浓度主要来源于焊接材料，如焊条药皮矿石原

4、料中的结晶水，焊条药皮和埋弧焊焊剂在大气中的吸潮，焊丝表面的铁锈和油污等。各种焊接材料中都有一定的潜在氢含量，潜在氢是从焊接材料中直接测得的水分含量或氢含量。埋弧焊焊剂和焊条药皮是以水分的重量百分比来计算潜在氢含量的。据一般资料统计，熔炼型焊剂的水分含量约为0.03%~0.05%，烧结型焊剂的水分容量约为0.05%~0.08%，而在350℃下烘干的碱性焊条药皮水分含量约为0.15%~0.40%。烘干不足焊条药皮的水分含量约为烘干焊条的3～4倍。与焊条药皮含水量相应的是熔敷金属的扩散氢含量，低氢焊条熔敷金

5、属的扩散氢含量一般在4～8mL/100g之间。通常，扩散氢含量用甘油法、水银法或色谱法确定。除了敏感的显微组织和足够的氢浓度外，一定的约束度与残余拉应力也是造成焊接裂纹的必要条件。在一定的显微组织和扩散氢含量的情况下，引起热影响区开裂的最小应力称为临界断裂应力σcr，临界断裂应力越大，材料的抗烈性就越好。σcr可以通过约束拉伸试验或插销试验等测定。综上所述，为防止热影响区冷裂纹的产生，可采取以下一些措施：（1）在焊接材料的选择上，焊接低合金高强钢时应采用碱性焊条。碱性焊条又称低氢焊条，其熔敷金属中的含氢

6、量比酸性焊条要低得多。表1-6列出按GB/T5118-1995标准对碱性焊条药皮含水量及熔敷金属扩散氢含量的要求。但碱性焊条药皮对湿气比较敏感，因此使用前必须在350～400℃下高温烘干，尽量除去焊条药皮中的水分。埋弧焊时，同样要选择碱度较高的焊剂。一般来说，惰性气体保护焊是避免焊接裂纹的有效方法。表1-6焊条药皮含水量和熔敷金属扩散氢含量的要求焊条型号药皮含水量（%）熔敷金属扩散氢含量（mL/100g）E5015-×E5016-×E5018-×E5515-×E5516-×E5518-×E6015-×E

7、6016-×E6018-×E7015-×E7016-×E7018-×E7515-×E7516-×E7518-×E8515-×E8516-×E8518-×≤0.3≤0.3≤0.15≤0.15≤0.15≤0.15≤6≤6≤4≤4≤4≤2此外，有些单位已研制成功超低氢碱性焊条，其熔敷金属的含氢量≤1mL/100g，用这种焊条焊接低合金钢强度钢和低合金耐热钢时，可大大降低焊接预热温度，在某些场合下，甚至可以进行不预热焊接。（2）预热是避免焊接冷裂纹的有效措施，它有利于氢在焊接过程中的逸出，同时也延长了从800℃

8、到500℃的冷却时间，防止热影响区出现冷淬硬组织。预热温度视板厚而异，对各种不同的钢材来说，均存在一定的厚度界限，低于此厚度可以不预热。表1-7列出低合金钢强度钢和低合金耐热钢在焊接时的推荐预热温度。表1-7低合金钢强度钢和耐热钢焊接时的推荐预热温度钢种牌号需要预热的最小厚度（mm）预热温度（℃）备注热轧及正火钢16Mn≥30100～150环境温度≤0℃时，小于此板厚亦须适当预热15MnV≥2816MnNb15MnVN≥2514MnMoV1