金属焊接性及其试验方法合金结构钢的焊接

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1、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、

2、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

3、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。母材的性质除影响到焊缝外，还影响到HAZ。如低C钢的焊接性好，它的HAZ组织对焊接热输入不敏感，可采用各种方法焊

4、接。而中碳调质钢的焊接性较差，其HAZ组织对焊接热输入敏感，过小的热输入可造成HAZ的冷裂纹和淬硬脆化，过大的热输入，可造成HAZ的过热脆化和软化，所以不仅要控制焊接热输入，还要采取预热、缓冷等其它工艺措施。焊接材料也直接参与了焊接过程的一系列化学冶金反应，影响着焊缝金属的成分、组织和缺陷的形成，所以对母材的焊接性有很大的影响。通过调整焊接材料的成分和熔合比，可以在一定程度上改善其焊接性。如用普通低C钢焊丝CO2焊时，易产生大量CO气孔，而用含Si、Mn较高的焊丝则可避免。（2）工艺因素工艺因素包括焊接方法、焊接规范、预热、后热等。它对焊接性的影响主要体现在能量密度、冶金条件。焊

5、接热源的特点、功率密度、热输入等工艺参数，直接决定着接头的温度场和热循环，所以对HAZ的大小、组织变化、产生缺陷的敏感性都有显著的影响。另外，焊接区的保护方式和冶金条件也是受工艺因素决定的。例如，等离子弧焊与气焊相比，可以大大减小HAZ宽度，从而减少各种HAZ焊接缺陷。采用Ar弧焊可使焊接区保护严密，使Al、Ti等活性金属的焊接变得容易。采用预热、缓冷可降低接头的冷却速度，从而降低接头的淬硬倾向和冷裂敏感性。（3）结构因素影响焊接时是否发生缺陷（裂纹）影响焊后接头的承载能力焊接接头的结构设计，直接影响它的刚度，拘束应力大小及分布。而这些又影响接头的性能和产生缺陷的敏感性。所以，减

6、小接头刚度，避免应力集中是改善焊接性的重要因素。（4）使用条件接头所承受载荷的性质、温度的高低、工作介质的腐蚀性等，实际上是对焊接性提出了不同的要求，因而也影响着对焊接性的评价。例如在低温下工作的接头要考虑低温韧性的要求，在高温下工作的接头要考虑合金元素扩散和结构蠕变的问题。综上所述，焊接性与材料、工艺、结构和使用条件等因素密切相关，不能单从材料本身来评价金属的焊接性，只能通过多方面的研究对其进行综合评定。二、金属焊接性的分析金属的焊接性除可用直接焊接试验方法确定之外，还可通过分析金属的化学成分、物理特性、化学性能、相图、CCT图或SHCCT图、热处理状态、焊接工艺条件和措施等，

7、可在某种程度上评价金属的焊接性。（一）从金属的特性分析焊接性1．利用化学成分分析（1）碳当量法：钢材的化学成分对焊接HAZ的淬硬及冷裂倾向有直接影响，因此可以用化学成分来分析其冷裂敏感性。而在各种合金元素中，C是对冷裂敏感性影响最显著的一个。因而，人们就把各种元素按相当于若干含C量折合并叠加起来求得所谓C当量（CE，Ceq），用CE或Ceq来估算冷裂倾向的大小。CE（Ceq）计算公式：IIW采用：(%)…………………….(1)JIS采用：Ceq=(%)……………………(2)（1）