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青海大學(xué)機(jī)械系1第六章
金屬焊接性及其實(shí)驗(yàn)方法青海大學(xué)機(jī)械系2主要內(nèi)容第一節(jié)金屬焊接性的概念第二節(jié)焊接性的試驗(yàn)第三節(jié)常用焊接性試驗(yàn)方法青海大學(xué)機(jī)械系3
金屬材料在焊接過(guò)程中要經(jīng)過(guò)加熱、熔化、化學(xué)反應(yīng)、結(jié)晶、冷卻、固態(tài)相變等一系列復(fù)雜的過(guò)程,以上的過(guò)程都是在溫度、成分、應(yīng)力極不平衡的條件下進(jìn)行,有可能在焊接過(guò)程中形成缺陷,或使金屬的焊接性能滿足不了使用需求.為了從焊接角度分析金屬的某些特定的性能,就提出了所謂焊接性的問(wèn)題.青海大學(xué)機(jī)械系4第一節(jié)金屬焊接性概念
一.金屬焊接性舊概念:金屬材料是否適合焊接加工并形成完整焊接接頭的性能.新概念:金屬是否適應(yīng)焊接加工而形成完整的、具備一定使用性能的焊接接頭的性能.金屬焊接性的概念含兩方面的內(nèi)容:加工性能、使用性能.青海大學(xué)機(jī)械系5
加工性能:包含材料的物理化學(xué)性能、焊接過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的局部特性以及焊接工藝性能,在焊接填充材料等的影響下,焊接過(guò)程中金屬材料表現(xiàn)的特性。使用性能:不考慮加工過(guò)程而只從使用角度出發(fā)對(duì)焊接接頭提出的性能要求.青海大學(xué)機(jī)械系6金屬焊接性的評(píng)價(jià):焊接過(guò)程簡(jiǎn)單.接頭質(zhì)量高.接頭使用性能好,金屬材料的焊接性好.焊接過(guò)程復(fù)雜.接頭質(zhì)量差.接頭使用性能差,金屬材料的焊接性差.青海大學(xué)機(jī)械系7
二.分析金屬的焊接性1.從金屬的特性分析焊接性(1)利用化學(xué)成分進(jìn)行分析:碳當(dāng)量法:通過(guò)各種計(jì)算把金屬材料中各元素的含量按相當(dāng)于若干含碳量折合并疊加起來(lái)求得所謂的碳當(dāng)量(CE或Ceq),用此來(lái)估算冷裂紋傾向的大?。畤?guó)際焊接學(xué)會(huì)(IIW):適用于中高強(qiáng)度的非調(diào)質(zhì)低合金高強(qiáng)鋼,CE≤0.45%,焊接厚度25㎜的板件可以不預(yù)熱,CE<0.41%時(shí),焊接厚度為37㎜的板件可以不預(yù)熱.青海大學(xué)機(jī)械系8
日本JIS和美國(guó)焊接學(xué)會(huì)采用Ceq值來(lái)進(jìn)行焊接性的分析,通過(guò)相應(yīng)的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算,列出了焊接性與Ceq值的關(guān)系圖。作為制定焊接工藝的依據(jù)。
青海大學(xué)機(jī)械系9不同條件下的預(yù)熱要求:焊接性酸性焊條低氫焊條消除應(yīng)力敲擊處理Ⅰ優(yōu)良不需預(yù)熱不需預(yù)熱不需不需Ⅱ較好預(yù)熱40~100℃-10℃以上不需預(yù)熱任意任意Ⅲ尚好預(yù)熱150℃預(yù)熱40~100℃希望希望Ⅳ可以預(yù)熱150~200℃預(yù)熱100℃必要希望青海大學(xué)機(jī)械系10
焊接冷裂紋敏感指數(shù)法:焊縫含氫量和接頭拘束度對(duì)冷裂傾向有很大影響,通過(guò)對(duì)不同成分的鋼材、不同厚度及不同焊縫的含氫量進(jìn)行試驗(yàn),求得焊接冷裂紋敏感指數(shù)PC,提出為防止冷裂紋所需要的最低預(yù)熱溫度.青海大學(xué)機(jī)械系11(2)利用物理性能分析:利用金屬的熔點(diǎn)、導(dǎo)熱系數(shù)、線膨脹系數(shù)、密度、熱容量等因素對(duì)熱循環(huán)、熔化、結(jié)晶、相變等過(guò)程的影響進(jìn)行焊接性分析.(3)利用化學(xué)性能分析:化學(xué)性能的活潑程度、與氧的親和力等性能,為確保焊接性可采取相應(yīng)的工藝措施.青海大學(xué)機(jī)械系12(4)利用合金相圖進(jìn)行分析:被焊材料大部分是合金材料或含有某些雜質(zhì)元素,可以利用相圖分析它們的焊接性問(wèn)題.(5)利用CCT圖和SHCCT圖分析:兩個(gè)圖上的曲線可以大體說(shuō)明不同焊接熱循環(huán)條件下會(huì)獲得什么樣的金相組織和硬度,可以估計(jì)有無(wú)冷裂的危險(xiǎn),以便確定合適的焊接工藝條件,確保金屬材料的焊接性.
青海大學(xué)機(jī)械系13
以上的五種方法每一種都有其特色和局限性,在使用過(guò)程中應(yīng)根據(jù)實(shí)際條件加以綜合。除此之外,金屬焊前的熱處理狀態(tài)也是分析焊接性需要考慮的因素,如調(diào)質(zhì)處理的高強(qiáng)鋼,焊接熱循環(huán)作用后在熱影響區(qū)必然會(huì)出現(xiàn)局部軟化,就必須盡量縮小軟化區(qū)或采取其它方法加以彌補(bǔ).青海大學(xué)機(jī)械系14
2、從焊接工藝條件分析焊接性(1)熱源特點(diǎn):各種焊接方法所采用的熱源在功率、能量密度、最高加熱溫度等方面有很大的差別,從而影響焊接質(zhì)量,使金屬在不同工藝條件下表現(xiàn)出來(lái)的焊接性有很大的差別,在選擇過(guò)程中應(yīng)予以充分的考慮.(2)保護(hù)方法:焊接過(guò)程中對(duì)熔池和熱影響區(qū)的保護(hù)有氣保護(hù)、渣保護(hù)、氣渣聯(lián)合保護(hù)、真空保護(hù)等,氣保護(hù)中還有惰性氣體保護(hù)、活性氣體保護(hù)等,保護(hù)方法選擇是否合理直接影響金屬的焊接性.青海大學(xué)機(jī)械系15
(3)熱循環(huán)控制:預(yù)熱、緩冷、層間溫度控制等工藝措施可以不同程度的改變金屬焊接性.(4)其他工藝因素:清理工作、規(guī)范處理焊接材料、合理安排焊接順序、正確制定焊接規(guī)范是必須把握的環(huán)節(jié).青海大學(xué)機(jī)械系16第二節(jié)焊接性的試驗(yàn)一.焊接性試驗(yàn)的內(nèi)容(一)焊縫金屬抵抗產(chǎn)生熱裂紋的能力熱裂紋試驗(yàn)與焊接材料關(guān)系密切,母材也有一定的影響.(二)焊縫及焊接熱影響區(qū)金屬抵抗產(chǎn)生冷裂紋的能力冷裂紋試驗(yàn)是針對(duì)母材進(jìn)行的試驗(yàn)青海大學(xué)機(jī)械系17(三)焊接接頭抗脆性轉(zhuǎn)變能力焊接接頭抗脆性轉(zhuǎn)變能力也是焊接性試驗(yàn)常常涉及的一項(xiàng)內(nèi)容。(四)焊接接頭的使用性能根據(jù)特定的使用環(huán)境制定專(zhuān)門(mén)的試驗(yàn)方法如:應(yīng)力、腐蝕、蠕變輻射等.青海大學(xué)機(jī)械系18
二焊接性試驗(yàn)方法的分類(lèi)
(一)直接模擬試驗(yàn)類(lèi)方法仿造實(shí)際焊接條件,通過(guò)觀察是否發(fā)生某些焊接缺陷或發(fā)生缺陷的程度,直觀的評(píng)價(jià)焊接性的優(yōu)劣.
常采用的方法有:焊接冷裂紋試驗(yàn)、焊接熱裂紋試驗(yàn)、再熱裂紋試驗(yàn)、層狀撕裂試驗(yàn)、應(yīng)力腐蝕裂紋試驗(yàn)、脆性斷裂試驗(yàn).青海大學(xué)機(jī)械系19
(二)間接推算類(lèi)方法:
不需要焊接焊縫,而是根據(jù)材料的化學(xué)成分、金相組織、力學(xué)性能之間的關(guān)系,聯(lián)系焊接熱循環(huán)過(guò)程進(jìn)行推測(cè)和評(píng)估,從而確定焊接性的好壞和合適的焊接條件.使用的方法主要有:碳當(dāng)量法、焊接裂紋敏感指數(shù)法、連續(xù)冷卻組織轉(zhuǎn)變曲線法、焊接熱---應(yīng)力模擬法、焊接熱影響區(qū)最高硬度法及斷口金相分析等.
青海大學(xué)機(jī)械系20(三)使用性能試驗(yàn)類(lèi):
將施焊的焊接接頭甚至產(chǎn)品在使用條件下進(jìn)行各方面性能的試驗(yàn),以試驗(yàn)結(jié)果來(lái)評(píng)定焊接性.如:焊縫及接頭的拉伸、彎曲、沖擊等力學(xué)性能、高溫蠕變及持久強(qiáng)度試驗(yàn)、斷裂韌性試驗(yàn)、低溫脆性試驗(yàn)、耐腐蝕及磨蝕試驗(yàn)、疲勞試驗(yàn)等.青海大學(xué)機(jī)械系21三、選擇或制定焊接性試驗(yàn)
方法的原則1.焊接性試驗(yàn)條件要盡量與實(shí)際焊接時(shí)的條件相一致.2.焊接性試驗(yàn)的結(jié)果要穩(wěn)定可靠,具有較好的再現(xiàn)性.3.注意焊接性試驗(yàn)方法的經(jīng)濟(jì)性.青海大學(xué)機(jī)械系22第三節(jié)常用的焊接性
試驗(yàn)方法一、斜Y形坡口焊接裂紋試驗(yàn)法主要用于評(píng)定碳鋼和低合金高強(qiáng)鋼焊接熱影響區(qū)對(duì)冷裂紋的敏感性,試驗(yàn)坡口如課本所示,焊接條件為:焊條直徑4㎜,焊接電流160-180A,電弧電壓22-26V,焊接速度
140-160㎜/min.青海大學(xué)機(jī)械系23青海大學(xué)機(jī)械系24試驗(yàn)焊縫的焊接方式
手弧焊自動(dòng)送進(jìn)焊條電弧焊青海大學(xué)機(jī)械系25二、插銷(xiāo)試驗(yàn)主要測(cè)定鋼材焊接熱影響區(qū)冷裂紋敏感性的一種定量試驗(yàn)方法.經(jīng)適當(dāng)改變,也可以用于測(cè)定再熱裂紋敏感性和層狀撕裂敏感性.具有鋼材消耗量小、試驗(yàn)結(jié)果穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn),在國(guó)內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。其工作簡(jiǎn)圖和缺口試棒參見(jiàn)課本或《焊接工藝手冊(cè)》。青海大學(xué)機(jī)械系26青海大學(xué)機(jī)械系27試樣上裂紋長(zhǎng)度計(jì)算青海大學(xué)機(jī)械系28
三、壓板對(duì)接焊接裂紋試驗(yàn)法:主要用于評(píng)定熱裂紋敏感性,也可做鋼材和焊條匹配性的試驗(yàn).工作圖和試驗(yàn)過(guò)程參閱教材或《焊接手冊(cè)》。四、可調(diào)拘束裂紋試驗(yàn)法主要用于評(píng)定熱裂紋敏感性,試驗(yàn)分為縱向和橫向兩種.橫向試驗(yàn)主要用于測(cè)試焊縫中央的結(jié)晶裂紋和高溫失塑裂紋;縱向試驗(yàn)主要用于測(cè)試結(jié)晶裂紋和液化裂紋.
青海大學(xué)機(jī)械系29青海大學(xué)機(jī)械系30試驗(yàn)試板尺寸及焊縫的位置青海大學(xué)機(jī)械系31可調(diào)拘束裂紋試驗(yàn)示意圖青海大學(xué)機(jī)械系32五、其它焊接性試驗(yàn)方法簡(jiǎn)介(一)拉伸拘束裂紋試驗(yàn)(二)剛性拘束裂紋試驗(yàn)(三)剛性固定對(duì)接裂紋試驗(yàn)(四)窗形拘束裂紋試驗(yàn)(五)Z向拉
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