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金属材料的焊接性
双击自动滚屏 发布者:chinaweld 发布时间:10/9/2007 阅读:12277

 

 

 

金属材料的焊接性

 

 

一、金属焊接性的概念

人们在各种金属材料的焊接实践中总结出:有些金属材料在很简单的工艺条件下施焊即可获得完好的、能满足使用要求的焊接接头(这里讲的焊接接头包括焊缝、熔合区和母材热影响区三个部位)。相反,有些金属材料通常须配合很复杂的工艺条件(如高温预热、高能量密度、高纯度保护气氛或高真空度以及焊后复杂热处理等)施焊,方可获得完好的、具有一定使用性能的焊接接头,否则易形成焊接裂纹、气孔或接头力学性能低于母材不能满足使用要求等焊接缺陷。为了评价材料在焊接加工过程中所具有的这种特性,人们提出了焊接性概念,便于正确评定材料所具有的焊接加工性能,从而制订出相应合理的焊接工艺。

金属焊接性(也称可焊性)是指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。通常情况下,金属焊接性包含有两个方面的内容:一是金属在焊接加工中是否容易形成缺陷(如裂纹、气孔等),即对冶金缺陷的敏感性;二是焊成的接头在一定的使用条件下可靠运行的能力,也即使用性能。理论上讲,任何两种金属(同种或异种)均是可以实现原子或分子之间的结合因而是可以焊接的,但实现这种原子或分子之间的结合所需外加条件是有所不同的,从这个意义上讲,焊接性概念是与具体工艺条件有关的相对性概念。通常在一般情况下,如果某种金属在很简单的工艺条件下即可实现这种结合,并满足使用要求,就认为该材料焊接性良好;而如果这种金属必须在很复杂的工艺条件下才能够实现这种结合,并满足使用要求,则认为该材料的焊接性较差。同时两种材料须在同样工艺条件下,其焊接性才具有可比性,否则谈不上哪种材料焊接性更好。比如,我们通常认为低碳钢的焊接性比钛合金的焊接性要好,这是因为钛合金在大气中受电弧加热极易被氧化烧损导致缺陷及力学性能下降。但是如果将两者放在真空中进行焊接,其焊接性就不一定有多大差异了。即使是同一种材料,其焊接结构的拘束条件不同也会导致焊接性的不同,如低碳钢薄板焊接性良好,但厚板焊接仍有形成裂纹的可能。因此,我们讲焊接性不能离开具体的工艺条件,否则是没有意义的。

二、焊接性试验方法

金属材料在焊接加工过程中易产生的缺陷很多,常见的有裂纹、气孔、夹渣等。焊接裂纹是焊接缺陷中最令人关注的致命性缺陷,按其形成机理和特征可分为热裂纹、再热裂纹、冷裂纹和层状撕裂,其中热裂纹和再热裂纹是在高温阶段形成的,与材质中低熔点共晶物质有关;而冷裂纹和层状撕裂是在低温阶段形成的,主要与焊缝中的氢及材料中的夹杂物有关。科学地评定材料对热裂纹、冷裂纹等焊接缺陷的敏感程度是焊接性研究的一主要内容。

理论上,评定材料焊接性的一种常见方法是碳当量法,碳当量Ceq的计算如下

 

式中各化学元素代表相应元素的百分含量,一般认为:Ceq0.45%,则焊接性良好;Ceq0.45%~0.60%,焊接性一般;而当Ceq0.60%,焊接性较差。

焊接性试验方法很多,几种常见的试验方法如下。

1. Y形坡口焊接裂纹试验法

该方法主要用于评定金属材料焊接热影响区对冷裂纹的敏感性。试件的形状及尺寸如图1所示,其坡口经机械加工,试验所用焊条应严格烘干。焊接参数为:焊条直径4mm,焊接电流(170±10A,电弧电压(24±2V,焊接速度(150±10mm/min。拘束焊缝为双面焊接,应事先焊好,注意防止角变形和未焊透。试验焊缝可采用手弧焊和自动送进焊条电弧焊。焊接结束静置24h再检测试验焊缝的裂纹情况,以此来评定材料对冷裂纹的敏感程度。

2. 插销试验法

此法也是评定钢材焊接热影响区冷裂纹敏感性的一种试验方法。它是将被焊钢材加工成圆柱形的插销试棒,试棒插入底板上的孔中(图2),试棒上端附近有环形或螺形缺口。试验时在底板上以规定的线能量熔敷一条焊道,其中心线通过试棒的中心,其熔深应使缺口尖端位于热影响区的粗晶区内。插销试棒的形状尺寸如图3所示。底板材料应与被试材料相同或热物理常数基本一致,其形状及尺寸见图4。施焊时应测定t800500800500℃温度区间的冷却时间)值,如不预热焊,焊后冷却至100150℃时加载;如有预热,应在高于预热温度5070℃时加载。加载应在1min之内,且在冷却到100℃或高于预热温度5070℃之前施加完毕。如有后热,应在后热之前加载。在无预热条件下,载荷保持16h才可卸载。有预热条件下,载荷保持至少24h才可卸载,经多次改变载荷,即可求出在试验条件下不出现断裂的临界应力σcr,根据临界应力σcr的大小,即可相对比较不同材料抵抗产生冷裂纹的能力。

 

 

3. 压板对接焊接裂纹试验法

此法主要用于评定热裂敏感性,也可以做钢材与焊条匹配性的试验。试验装置如图5所示。在C形夹具中,垂直方向有14个螺栓以3×105N的力压紧试板,横向有4个螺栓以6×104N的力顶住试板,这样使试板牢牢固定在试验装置内。试板尺寸如图6所示,坡口为I形,厚板时可用Y形。试板在试验装置内安装时用定位塞片5来保证坡口间隙(变化范围06mm)。先将横向螺栓紧固,再将垂直方向的螺栓用测力扳手以12000N.cm的扭矩紧固。然后按生产上使用的工艺参数依次焊接4条约40mm长的焊缝,间距为10mm,弧坑不必填满,如图7所示。焊后经过10min取下试板,待冷却至室温后将试板沿焊缝纵向弯断,观察有无裂纹,测量裂纹长度并计算出裂纹率,以此来评定对热裂纹的敏感性。

 

 

此外,其他试验方法还有可调拘束裂纹试验法、拉伸拘束裂纹试验法、刚性拘束裂纹试验法、刚性固定对接裂纹试验法、窗形拘束裂纹试验法等。各种试验方法中,斜Y形坡口焊接裂纹试验法、插销试验法、压板对接焊接裂纹试验法等已纳入国家标准颁布实施,而其余则以行业颁布的规则进行评定。关于这方面内容读者可参阅相关国家标准及行业规则。

 

 
 
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