金属熔焊原理及材料焊接第六章 金属材料的焊接性及评定

第六章 金属焊接性及评定
➢ 第一节 金属材料的焊接性 ➢ 第二节 金属材料焊接性评定方法
第一节 金属材料的焊接性
➢ 能力知识点一 金属材料焊接性的概念
金属材料焊接性根据GB/T3375-1994《焊接术 语》的定义：“金属材料在限定的施工条件下 焊接成规定设计要求的构件，并满足预定服役 要求的能力”。
15 (%)
日本工业标准（JIS）规定
Ceq(JIS)=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+ Mo/4+V/14 (%)
美国焊接学会（AWS）推荐 Ceq(AWS)=C+Mn/6+Si/24+Ni/15+Cr/ 5+Mo/4+Cu/13+P/2 (%)
调质低合金高强度钢
R b
=500～1000MPa
预热温度（℃）
不预热 75 100 150
➢ 使用美国焊接学会推荐的Ceq(AWS)：应根据 Ceq(AWS) 值再结合焊件厚度，先从图1查出该钢 种焊接性的优劣等级，再根据表6确定出其焊接的
化学成分wc≤0.20%、wsi≤0.55%、
wMn≤1.5%、wCu≤0.5%、wNi≤2.5%、
wCr≤1.25%、
wMo≤0.7%、wV≤0.1%、wB≤0.006%
碳钢和低合金高强钢 化学成分wc＜0.6%、 wMn＜1.6%、wNi＜3.3%、wCr＜1.0%、 wMo＜0.6%、wCu=0.5%～1%、 wP=0.05%～0.15%
➢ 使用国际焊接学会（IIW）推荐的CE：对板 厚小于20mm的钢材，
当CE<0.4%时，钢材的淬硬倾向不大，焊接性 良好，焊前不需预热；
当CE=0.4～0.6%时，钢材易于淬硬，焊接性 较差，焊接时必须预热才能防止裂纹，随着板 厚及碳当量的增加，预热温度也相应提高；
当CE＞0.6%时，钢材淬硬倾向很大，焊接性 差，焊接时必须采用严格的工艺措施如预热、 后热、缓冷等，以防止产生裂纹。
实际产品结构运行的服役试验 压力容器的爆破试验
用碳当量推测焊接性
焊缝及接头的常规力学性能试
裂纹敏感指数及临界应力 验
为判据
焊缝及接头的低温脆性试验
间接法
连续冷却组织转变图 断口分析及相组织分析
焊缝及接头的断裂韧性试验 焊缝及接头高温性能试验
焊接热影响区最高硬度 焊缝及接头耐蚀性、耐磨性及
应力腐蚀开裂试验
优质焊接接头应具备的两个条件：一是接头中 不允许存在超过质量标准规定的缺陷；二是要 具有预期的使用性能。
金属材料焊接性是指金属材料对焊接加工的适 应性，它包括工艺焊接性和使用焊接性。
➢ 1．工艺焊接性
工艺焊接性是指金属材料对各种焊接方法的适 应能力，也就是在一定的焊接工艺条件下能否 获得符合要求的优质焊接接头的能力。
焊接性不是金属固有的属性 常用金属材料焊接难易程度见表1
表1 常用金属材料焊接难易程度
金属及合金
非合 金钢
铸铁 低合 金钢
不 锈 钢
低碳钢 中碳钢 高碳钢 灰铸铁
锰钢 铬钒钢
马氏体不锈 钢
铁素体不锈 钢
奥氏体不锈 钢
焊条 电弧 焊
A A A A A A
A
A
A
埋弧焊
CO2气体 保护焊
氩弧 焊
A
A
➢ 使用日本工业标准（JIS）规定的Ceq(JIS)：对板厚 小于20mm的钢材和采用焊条电弧焊时，对于强 度等级不同钢材规定了不产生裂纹的临界值和相
应的预热措施，见表5
表5 钢材强度级别与碳当量和预热温度的关系
钢材强度级别 （σb/MPa）
500
600
700
800
Ceq(JIS)（%）临界值
0.46 0.52 0.52 0.62
目前应用的碳当量计算公式：国际焊接学会 （IIW）推荐的CE、日本工业标准（JIS）规定 和美国焊接学会推荐的 Ceq。
碳当量计算公式和应用范围见表4
表4 碳当量计算公式和应用范围
碳当量计算公式
适用范围
国际焊接学会（IIW）推荐
中高强度的非调质低合金高强度钢
CE=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/ wc≥0.18% σb=500～900Mpa
➢ 能力知识点一 金属材料焊接性的评定内容
1．焊缝金属抵抗热裂纹的能力 2．焊缝及热影响区金属抵抗冷裂纹的能力 3．焊接接头抵抗脆性断裂的能力 4．焊接接头的使用性能
➢ 能力知识点二 金属材料焊接性评定及试验 方法（表3）
表3 金属材料焊接性评定及试验方法
工艺焊接性
使用焊接性
焊接热裂纹试验 焊接冷裂纹试验 直接法 消除应力裂纹试验 层状撕裂试验 焊接气孔敏感性试验
它不是金属材料本身所固有的性能，但取决于 金属的成分和性能，并且随着焊接方法、焊接 材料和工艺措施的发展而变化。
➢ 2．使用焊接性
使用焊接性是指焊接接头或整体结构满足技术 条件中所规定的使用性能的能力。它取决于焊 接结构所满足的技术条件规定的各种性能。
➢ 能力知识点二 金属材料焊接性的影响因素 材料因素 工艺因素 结构因素 使用条件
电渣 焊
电 子
束 焊
气焊
电阻 焊
纯铝
B
D
D
A
D AB
A
非热处理强 非 化铝合金
B
D
铁
金 热处理强化
属
铝合金
B
D
材
镁合金
D
D
料
钛合金
D
D
D
A
D AB
A
D
A
D AB
A
D
A
D BC
A
D
A
D AD
A
铜合金
B
D
C
A
D BB
C
注：A--通常采用，B--有时采用，C--很少采用，D--不采用
第二节 金属材料焊接性的评定方法
B
A
A
BBΒιβλιοθήκη BBDA
D
A
A
B
A
A
B
A
B
A
A
B
A
A
A
A
电渣 焊
电子 束焊
气焊
电阻焊
A
AA
A
B
AA
A
B
AA
D
B
DB
D
B
AB
D
B
AB
D
C
AB
C
C
AB
A
C
AB
A
注：A--通常采用，B--有时采用，C--很少采用，D--不采用
表1 常用金属材料焊接难易程度（续）
金属及合金
焊条 电弧
焊
埋弧焊
CO2气体 保护焊
氩弧 焊
➢ 能力知识点二 常用焊接性分析与评定方法
1．碳当量法 2．焊接冷裂纹敏感指数法 3．利用金属材料的物理性能分析 4．利用金属材料的化学性能分析 5．利用合金相图或SHCCT（CCT）图分析
➢ 以上均为间接法
➢ 1．碳当量法
在钢材所含有的各种元素中，碳对冷裂敏感性 的影响最显著，因此将钢中各种元素都按相当 于若干含碳量折合并叠加起来即为“碳当量”， 并以此来判断钢材的淬硬倾向和冷裂敏感性， 进而推断钢材的焊接性。