金属焊接性及其试验方法2

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1、金属焊接性及其试验方法第一节金属焊接性概念一、金属焊接性（Weldability)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。金属焊接性的概念有两方面内容：金属在焊接加工中是否容易形成缺陷—结合性能（好不好焊）焊成的接头在一定的使用条件下可靠运行的能力—使用性能（好不好用）衡量金属焊接性的好坏的标准：焊接性好：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。焊接性差：焊接工艺过程复杂而接头质量低、性能差时，就称作焊接性差。金属焊接性的影响因素：金属焊接性主要是金属本身所固有的性能，但母材和焊接材料的成分以

2、及焊接工艺条件都对焊接性有重要的影响，因此，分析焊接性不能完全脱离工艺条件。二、金属的焊接性分析除直接采用焊接试验的方法来确定金属的焊接性之外，通过分析金属的化学成分、物理特性、与各种气体的亲和力、相图特点、CCT图或SHCCT图、热处理状态、焊接工艺条件、保护方式、工艺措施等，均可以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利用化学成分分析（1）碳当量（CarbonEquivalent,CE或Ceq)：为评估钢材的焊接性,将各种合金元素按其对钢材淬硬、冷裂及脆化等现象的影响作用大小折算成碳的相当含量,称为碳当量国际焊接学会(IIW)采用

3、：上式适用于中、高强度的非调质低合金高强钢。日本JIS和WES采用：此式适用于低合金调质钢美国焊接学会采用：此式适用化学成分范围为：C≤0.6％；Mn≤1.6%；Ni≤3.3%；Cr≤1.0%；Mo≤0.6%；Cu≤0.5%~1.0%；P0.05%~0.15%。当Cu＜0.5%或P＜0.05%时，可不计入。由上述公式计算出来的Ceq越大，冷裂倾向也越大。但用Ceq估计焊接性是比较粗略的，大多只用于对钢材焊接性从理论上的初步分析，因为：公式中只包括了几种元素，而实际钢材中还有其他元素；在不同含量和不同合金系统中元素作用的大小不可能是相同的；元素之间相互抵消

4、或加强影响也不能用简单的公式反映(2)焊接冷裂纹敏感指数除碳当量外，焊缝含氢量和接头拘束度都对冷裂倾向有很大影响。焊接冷裂纹敏感指数Pc：式中d—板厚（mm)H—焊缝中扩散氢含量（Ml/100g)2利用物理性能分析金属的熔点、导热系数、线胀系数、密度、热容量等因素，都对热循环、熔化、结晶、相变等过程产生影响，从而影响焊接性。纯铜(紫铜)导热系数高，焊接时热量散失迅速，升温的范围很宽，坡口不容易熔化，焊接时需要较强烈的加热，热源功率不足时，会产生熔透不足的缺陷。铜、铝等导热系数高的材料，熔池结晶快，易于产生气孔。钛、不锈钢导热系数低，焊接时温度梯度陡，残余

5、应力高、变形大，而且由于高温停留时间延长，热影响区晶粒长大，对接头性能也不利。奥氏体钢比容（密度的倒数）最小，因此，线胀系数大，接头的变形及应力大。密度小的铝及铝合金，熔池中的气泡和非金属夹杂物不易上浮逸出，就会在焊缝中残留气孔和夹杂。3利用化学性能分析铝及钛合金化学性质活泼，在焊接高温下极易氧化，需要惰性气体保护，否则吸收氧、氮、氢等气体后，力学性能显著降低。4．利用合金相图分析大多数被焊材料都是合金，或至少含有某些杂质元素，因而可以利用他们的相图分析焊接性问题。例如，对于共晶型相图来说，其固相线与液相线之间的温度区间大小，会影响结晶时的成分偏析，影响

6、生成低熔共晶的程度，也影响脆性温度区间的大小，这对分析热裂纹倾向是重要的参考依据。另外，若结晶凝固时形成单相组织，则焊缝晶粒易于粗大，也是形成热裂纹的重要影响因素。5．利用CCT图或SHCCT图(模拟焊接热影响区的连续冷却曲线)分析对于各类低合金钢，可以利用其各自的连续冷却曲线CCT图或SHCCT图分析其焊接性问题。这些曲线可以大体上说明在不同焊接热循环条件下将获得什么样的金相组织和硬度，可以估计有无冷裂的危险，以便确定适当的焊接工艺条件。（二）从焊接工艺条件分析焊接性1热源特点各种焊接方法所采用的热源在功率、能量密度、最高加热温度等方面可有很大差别，从

7、而影响焊接质量，使金属在不同工艺条件下焊接时显示出不同的焊接性。如电渣焊功率很大，但能量密度很低，最高加热温度也不高，焊接时加热缓慢，高温停留时间长，使得热影响区晶粒祖大，冲击韧度显著降低，必须经正火处理才得改善。相反，电子束焊、激光焊等方法，功率虽不算大，但能量密度很高，加热迅速，高温停留时间短暂，热影响区极窄，没有晶粒长大的危险。当然，选择热源应考虑所焊材料的特点以及焊件的厚度等因素。2．保护方法熔焊时，对熔池和热影响区金属的保护方法不外乎是渣保护、气保护或在真空中等几种。这些方法分别适用于不同的金属和合金。在真空条件下焊接时对防止氮、氢、氧的侵入最

8、为彻底，但此法不适用于含高蒸气压成分（如锌、锂、镁)较高的合金，而且设备复杂，成