金屬焊接性及其試驗(yàn)方法

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1、金屬焊接性及其試驗(yàn)方法第一節(jié)金屬焊接性概念一、金屬焊接性（Weldability)金屬焊接性：就是金屬是否能適應(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特性。金屬焊接性的概念有兩方面內(nèi)容：金屬在焊接加工中是否容易形成缺陷—結(jié)合性能（好不好焊）焊成的接頭在一定的使用條件下可靠運(yùn)行的能力—使用性能（好不好用）衡量金屬焊接性的好壞的標(biāo)準(zhǔn)：焊接性好：焊接工藝過(guò)程簡(jiǎn)單而接頭質(zhì)量高、性能好時(shí)，就稱作焊接性好。焊接性差：焊接工藝過(guò)程復(fù)雜而接頭質(zhì)量低、性能差時(shí)，就稱作焊接性差。金屬焊接性的影響因素：金屬焊接性主要是金屬本身所固有的性能，但母材和

2、焊接材料的成分以及焊接工藝條件都對(duì)焊接性有重要的影響，因此，分析焊接性不能完全脫離工藝條件。二、金屬的焊接性分析除直接采用焊接試驗(yàn)的方法來(lái)確定金屬的焊接性之外，通過(guò)分析金屬的化學(xué)成分、物理特性、與各種氣體的親和力、相圖特點(diǎn)、CCT圖或SHCCT圖、熱處理狀態(tài)、焊接工藝條件、保護(hù)方式、工藝措施等，均可以在某種程度上評(píng)價(jià)金屬的焊接性。（一）從金屬的特性分析焊接性利用化學(xué)成分分析（1）碳當(dāng)量（CarbonEquivalent,CE或Ceq)：為評(píng)估鋼材的焊接性,將各種合金元素按其對(duì)鋼材淬硬、冷裂及脆化等現(xiàn)象的影響作用大小折算成碳的相當(dāng)含量,稱為

3、碳當(dāng)量國(guó)際焊接學(xué)會(huì)(IIW)采用：上式適用于中、高強(qiáng)度的非調(diào)質(zhì)低合金高強(qiáng)鋼。日本JIS和WES采用：此式適用于低合金調(diào)質(zhì)鋼美國(guó)焊接學(xué)會(huì)采用：此式適用化學(xué)成分范圍為：C≤0.6％；Mn≤1.6%；Ni≤3.3%；Cr≤1.0%；Mo≤0.6%；Cu≤0.5%~1.0%；P0.05%~0.15%。當(dāng)Cu＜0.5%或P＜0.05%時(shí)，可不計(jì)入。由上述公式計(jì)算出來(lái)的Ceq越大，冷裂傾向也越大。但用Ceq估計(jì)焊接性是比較粗略的，大多只用于對(duì)鋼材焊接性從理論上的初步分析，因?yàn)椋汗街兄话藥追N元素，而實(shí)際鋼材中還有其他元素；在不同含量和不同合金系統(tǒng)

4、中元素作用的大小不可能是相同的；元素之間相互抵消或加強(qiáng)影響也不能用簡(jiǎn)單的公式反映(2)焊接冷裂紋敏感指數(shù)除碳當(dāng)量外，焊縫含氫量和接頭拘束度都對(duì)冷裂傾向有很大影響。焊接冷裂紋敏感指數(shù)Pc：式中d—板厚（mm)H—焊縫中擴(kuò)散氫含量（Ml/100g)2利用物理性能分析金屬的熔點(diǎn)、導(dǎo)熱系數(shù)、線脹系數(shù)、密度、熱容量等因素，都對(duì)熱循環(huán)、熔化、結(jié)晶、相變等過(guò)程產(chǎn)生影響，從而影響焊接性。純銅(紫銅)導(dǎo)熱系數(shù)高，焊接時(shí)熱量散失迅速，升溫的范圍很寬，坡口不容易熔化，焊接時(shí)需要較強(qiáng)烈的加熱，熱源功率不足時(shí)，會(huì)產(chǎn)生熔透不足的缺陷。銅、鋁等導(dǎo)熱系數(shù)高的材料，熔池結(jié)

5、晶快，易于產(chǎn)生氣孔。鈦、不銹鋼導(dǎo)熱系數(shù)低，焊接時(shí)溫度梯度陡，殘余應(yīng)力高、變形大，而且由于高溫停留時(shí)間延長(zhǎng)，熱影響區(qū)晶粒長(zhǎng)大，對(duì)接頭性能也不利。奧氏體鋼比容（密度的倒數(shù)）最小，因此，線脹系數(shù)大，接頭的變形及應(yīng)力大。密度小的鋁及鋁合金，熔池中的氣泡和非金屬夾雜物不易上浮逸出，就會(huì)在焊縫中殘留氣孔和夾雜。3利用化學(xué)性能分析鋁及鈦合金化學(xué)性質(zhì)活潑，在焊接高溫下極易氧化，需要惰性氣體保護(hù)，否則吸收氧、氮、氫等氣體后，力學(xué)性能顯著降低。4．利用合金相圖分析大多數(shù)被焊材料都是合金，或至少含有某些雜質(zhì)元素，因而可以利用他們的相圖分析焊接性問(wèn)題。例如，對(duì)于

6、共晶型相圖來(lái)說(shuō)，其固相線與液相線之間的溫度區(qū)間大小，會(huì)影響結(jié)晶時(shí)的成分偏析，影響生成低熔共晶的程度，也影響脆性溫度區(qū)間的大小，這對(duì)分析熱裂紋傾向是重要的參考依據(jù)。另外，若結(jié)晶凝固時(shí)形成單相組織，則焊縫晶粒易于粗大，也是形成熱裂紋的重要影響因素。5．利用CCT圖或SHCCT圖(模擬焊接熱影響區(qū)的連續(xù)冷卻曲線)分析對(duì)于各類低合金鋼，可以利用其各自的連續(xù)冷卻曲線CCT圖或SHCCT圖分析其焊接性問(wèn)題。這些曲線可以大體上說(shuō)明在不同焊接熱循環(huán)條件下將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)，以便確定適當(dāng)?shù)暮附庸に嚄l件。（二）從焊接工藝條件

7、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可有很大差別，從而影響焊接質(zhì)量，使金屬在不同工藝條件下焊接時(shí)顯示出不同的焊接性。如電渣焊功率很大，但能量密度很低，最高加熱溫度也不高，焊接時(shí)加熱緩慢，高溫停留時(shí)間長(zhǎng)，使得熱影響區(qū)晶粒祖大，沖擊韌度顯著降低，必須經(jīng)正火處理才得改善。相反，電子束焊、激光焊等方法，功率雖不算大，但能量密度很高，加熱迅速，高溫停留時(shí)間短暫，熱影響區(qū)極窄，沒有晶粒長(zhǎng)大的危險(xiǎn)。當(dāng)然，選擇熱源應(yīng)考慮所焊材料的特點(diǎn)以及焊件的厚度等因素。2．保護(hù)方法熔焊時(shí)，對(duì)熔池和熱影響區(qū)金屬的保護(hù)方法不外乎

8、是渣保護(hù)、氣保護(hù)或在真空中等幾種。這些方法分別適用于不同的金屬和合金。在真空條件下焊接時(shí)對(duì)防止氮、氫、氧的侵入最為徹底，但此法不適用于含高蒸氣壓成分（如鋅、鋰、鎂)較高的合金，而且設(shè)備復(fù)雜，成