焊接工程基础(第二篇)精要.ppt

第三章 金属焊接性及碳钢的焊接 第一节 金属焊接性基础 一、概述 金属焊接性是指金属材料对焊接加工的适应性，即在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。它包含： 1、结合性能——又称工艺焊接性，即在一定的焊接工艺（焊接方法、焊接材料、焊接工艺参数、结构形式等）条件下，被焊金属形成焊接缺陷（裂纹、夹渣、气孔等）的敏感性、倾向性和严重性(其中裂纹的危害最大)，简称“好焊不好焊”。 2、使用性能——又称使用焊接性，即在一定的焊接工艺条件下，被焊金属的焊接接头对使用性能要求的适应性，即焊接接头或整体结构能否满足技术条件规定的使用性能要求，如常规力学性能、低温韧性、高温蠕变、持久强度、疲劳性能、耐磨性能、耐腐蚀性能等，简称“好用不好用”。 二、金属焊接性的影响因素 1、材料因素：材料的化学成分、组织状态、力学性能对焊接性有重要影响。如：Al和Ti的化学性质很活泼，容易氧化和烧损，故其焊接较困难；不同金属材料间的焊接，其物理化学性能和晶体结构越接近，越容易实现良好焊接。 2、工艺因素：不同的焊接方法和焊接工艺流程对焊接性有不同影响。如：Al和Ti属化学性质较活泼的金属，采用一般焊接方法不易焊接；而采用保护良好的氩弧焊后，使其高质量的焊接成为现实。 3、结构因素：焊接接头的结构设计直接影响其刚度、应力的大小和方向，因此，应尽量减少焊接接头的刚度、减少交叉焊缝、减少应力集中。 4、使用条件：焊接接头所承受的载荷、工作温度高低、工作环境的腐蚀情况等对焊接接头有重要影响。如：高温下工作的焊接接头，必须考虑元素的扩散和结构的蠕变问题；低温下工作且承受冲击载荷的焊接接头，应考虑脆性断裂问题；腐蚀条件下工作的焊接接头，应考虑耐腐蚀破坏问题。 三、金属焊接性的评定方法 1、工艺焊接性评定：主要评定对焊接缺陷的敏感性，尤其是裂纹形成倾向。 A、直接模拟实验：按照实际焊接条件，通过焊接过程观察焊接缺陷及其程度。主要有：冷裂纹实验、热裂纹实验、应力腐蚀实验、脆性断裂实验等。 B、间接推算法：根据材料的化学成分、金相组织、力学性能的关系，并联系焊接热循环过程对焊接进行评定。主要有：抗裂纹判据、焊接应力模拟等。 2、使用焊接性评定： 将焊接接头在使用条件下进行性能实验，对实验结果进行焊接性评定。主要有：常规力学性能实验、高温力学性能实验、低温脆性实验、耐腐蚀实验、耐磨损实验、疲劳实验等。 四、钢的焊接性判据 对钢焊接性好坏的判断，可以通过在大量实验基础上建立的抗裂纹经验公式进行评判。最主要的是对材料冷裂纹敏感性的判断。 1、碳当量法 该法可粗略估计低合金钢的焊接冷裂纹敏感性。在各种元素中，碳对冷裂纹的产生最敏感，设其系数为1，将其它元素的影响按照碳的影响进行折合并迭加，即构成“碳当量”。碳当量越大，淬硬冷裂的倾向越大，焊接性就越差。 对中、高强度的低合金非调质钢，国际焊接学会推荐的经验公式为： Ceq=Wc+1/6WMn+1/15W(Ni+Cu)+1/5W(Cr+Mo+V) % 当Ceq＜0.4%时，钢材的淬硬性不大，焊接性良好； 当Ceq=0.4%~0.6%时，钢材易于淬硬，需预热才能防止形成冷裂纹； 当Ceq＞0.6%时，钢材的淬硬性倾向大，焊接性差。 对低合金调质钢，日本溶接学会推荐的公式为： Ceq=Wc+1/6WMn+1/40WNi+1/5WCr+1/24WSi+1/4WMo+1/14WV % 其中，C、Si、Mn、Cu、Ni、Cr、Mo、V、B等均有一定的成分范围。 对于普通低碳钢： Ceq=Wc+1/2Wp+1/4WMo+1/5WCr+1/24WSi+1/6WMn+1/13WCu +1/15WNi % 一般而言，当碳当量Ceq＜0.35时，其焊接性能良好；当碳当量Ceq=0.40—0.50时，其焊接性变差。为改善其焊接性能，焊接前应进行200℃—400℃的预热处理，并在焊后进行正火。 2、冷裂纹敏感指数（Pc） 为更全面对冷裂纹的形成进行评估，将对冷裂纹有影响的淬硬倾向、拘束度、扩散氢含量进行综合考虑，形成了冷裂纹敏感指数Pc。 Pc= Pcm+[H]/60+δ/600 % Pcm=Wc+1/30WSi+1/20W（Mn+Cu)+1/60WNi+1/15WMo+1/10WV+1/5WB % 式中， Pcm——化学成分的冷裂纹敏感指数； δ——板厚（mm）； [H]——焊缝中的扩散氢含量 （mL/100 g）。 将求出的Pc代入防止冷裂纹的最低预热温度公式： to=144