金屬材料焊接估算檢測方法及其性能影響因素

金屬材料的焊接性是指金屬材料在采用一定的焊接工藝包括焊接方法、焊接材料、焊接規(guī)范及焊接結(jié)構(gòu)形式等條件下，獲得優(yōu)良焊接接頭的能力。為幫助大家深入了解，本文將對金屬材料焊接的相關(guān)知識予以匯總。如果您對本文即將要涉及的內(nèi)容感興趣的話，那就繼續(xù)往下閱讀吧。

金屬材料焊接性的估算檢測方法

1、工藝焊接性的間接評定方法

由于碳的影響最為明顯，其他元素的影響可折合成碳的影響，所以用碳當量來評定焊接性的優(yōu)良。

碳鋼及低合金結(jié)構(gòu)鋼的碳當量計算公式：

CE 在一般的焊接技術(shù)條件下，焊接接頭不會產(chǎn)生裂紋，但對厚大件或在低溫下焊接，應(yīng)考慮預(yù)熱；

CE在0.4～0.6％時，鋼材的塑性下降，淬硬傾向逐漸增加，焊接性較差。焊前工件需適當預(yù)熱，焊后注意緩冷，才能防止裂紋；

CE >0.6％時，鋼材的塑性變差。淬硬傾向和冷裂傾向大，焊接性更差。工件必須預(yù)熱到較高的溫度，要采取減少焊接應(yīng)力和防止開裂的技術(shù)措施，焊后還要進行適當?shù)臒崽幚怼?/p>

計算結(jié)果得到的碳當量數(shù)值越大，則被焊鋼材的淬硬傾向越大，熱影響區(qū)容易產(chǎn)生冷裂紋，所以當CE >0.5%時，鋼材容易淬硬，焊接時必須預(yù)熱才能防止裂紋，隨板厚和CE的增高加，預(yù)熱溫度也應(yīng)相應(yīng)增高。

2、工藝焊接性的直接評定方法

焊接裂紋試驗方法，在焊接接頭中產(chǎn)生的裂紋可以分為，熱裂紋、冷裂紋、再熱裂紋、應(yīng)力腐蝕、層狀撕裂等。

（1）T形接頭焊接裂紋試驗法，該方法主要用于評定碳素鋼和低合金鋼角焊縫的熱裂紋敏感性，也可用于測定焊條以及焊接參數(shù)對熱裂紋敏感性的影響。

（2）壓板對接焊接裂紋試驗法，該方法主要用于評定碳鋼、低合金鋼、奧氏體不銹鋼焊條及焊縫的熱裂紋敏感性。它是通過把試件安裝在FISCO試驗裝置內(nèi)，調(diào)整坡口間隙大小對產(chǎn)生裂紋的影響很大，隨著間隙的增加，裂紋敏感性越大。

（3）剛性對接裂紋試驗方法，這種方法主要用于測定焊縫區(qū)熱裂紋和冷裂紋，也可測定熱影響區(qū)的冷裂紋，試件四周先用定位焊縫焊牢在剛度很大的底板上，試驗時按實際施工焊接參數(shù)施焊試驗焊縫，主要用于焊條電弧焊，試件焊后室溫下放置24h，先檢查焊縫表面，然后在切去試樣磨片，檢查有無裂紋，一般以裂與不裂為評定標準，每種條件焊兩塊試件。

影響金屬材料焊接性的因素很多,主要有:金屬材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝措施、服役環(huán)境等四個方面。焊接性是取決于母材和焊縫金屬的化學(xué)成分、焊接結(jié)構(gòu)和焊接接頭的設(shè)計、焊接方法、焊接工藝等的一種綜合性能。具體介紹如下:

1、材料因素

材料包括母材和焊接材料。在相同的焊接條件下，決定母材焊接性的主要因素是它本身的物理性能和化學(xué)組成。

物理性能方面：如金屬的熔點、熱導(dǎo)率、線膨脹系數(shù)、密度、熱容量等因素，都對熱循環(huán)、熔化、結(jié)晶、相變等過程產(chǎn)生影響，從而影響焊接性。不銹鋼等熱導(dǎo)率低的材料，焊接時溫度梯度大，殘余應(yīng)力高，變形大，。而且由于高溫停留時間長，熱影響區(qū)晶粒長大，對接頭性能不利。奧氏體不銹鋼線膨脹系數(shù)大、接頭的變形和應(yīng)力較為嚴重。

化學(xué)組成方面，其中影響最大的是碳元素，也就是說金屬含碳量的多少決定了它的可焊性。鋼中的其他合金元素大部分也不利于焊接，但其影響程度一般都比碳小得多。鋼中含碳量增加，淬硬傾向就增大，塑性則下降，容易產(chǎn)生焊接裂紋。通常，把金屬材料在焊接時產(chǎn)生裂紋的敏感性及焊接接頭區(qū)力學(xué)性能的變化作為評價材料可焊性的主要指標。所以含碳量越高，可焊性越差。含碳量小于0.25%的低碳鋼和低合金鋼，塑性和沖擊韌性優(yōu)良，焊后的焊接接頭塑性和沖擊韌性也很好。焊接時不需要預(yù)熱和焊后熱處理，焊接過程容易控制，因此具有良好的焊接性。

此外，鋼材的冶煉軋制狀態(tài)、熱處理狀態(tài)、組織狀態(tài)等，在不同程度上都對焊接性發(fā)生影響。通過精煉提純或細化晶粒和控軋工藝等手段，來改善鋼材的焊接性。

焊接材料直接參與焊接過程一系列化學(xué)冶金反應(yīng)，決定著焊縫金屬的成分、組織、性能及缺陷的形成。如果選擇焊接材料不當，與母材不匹配，不僅不能獲得滿足使用要求的接頭，還會引進裂紋等缺陷的產(chǎn)生和組織性能的變化。因此，正確選用焊接材料是保證獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的重要因素。

2、工藝因素

工藝因素包括焊接方法、焊接工藝參數(shù)、焊接順序、預(yù)熱、后熱及焊后熱處理等。焊接方法對焊接性影響很大，主要表現(xiàn)在熱源特性和保護條件兩個方面。

不同的焊接方法其熱源在功率、能量密度、最高加熱溫度等方面有很大差別。金屬在不同熱源下焊接，將顯示出不同的焊接性能。如電渣焊功率很大，但能量密度很低，最高加熱溫度也不高，焊接時加熱緩慢，高溫停留時間長，使得熱影響區(qū)晶粒粗大，沖擊韌性顯著降低，必須經(jīng)正火處理才能改善。與此相反，電子束焊、激光焊等方法，功率不大，但能量密度很高，加熱迅速。高溫停留時間短，熱影響區(qū)很窄，沒有晶粒長大的危險。

調(diào)整焊接工藝參數(shù)，采取預(yù)熱、后熱、多層焊和控制層間溫度等其它工藝措施，可以調(diào)節(jié)和控制焊接熱循環(huán)，從而可改變金屬的焊接性。如采取焊前預(yù)熱或焊后熱處理等措施，則完全可能獲得沒有裂紋缺陷，滿足使用性能要求的焊接接頭。

3、結(jié)構(gòu)因素

主要是指焊接結(jié)構(gòu)和焊接接頭的設(shè)計形式，如結(jié)構(gòu)形狀、尺寸、厚度、接頭坡口形式、焊縫布置及其截面形狀等因素對焊接性的影響。其影響主要表現(xiàn)在熱的傳遞和力的狀態(tài)方面。不同板厚、不同接頭形式或坡口形狀其傳熱速度方向和傳熱速度不一樣，從而對熔池結(jié)晶方向和晶粒成長發(fā)生影響。結(jié)構(gòu)的開關(guān)、板厚和焊縫的布置等，決定接頭的剛度和拘束度，對接頭的應(yīng)力狀態(tài)產(chǎn)生影響。不良的結(jié)晶形態(tài)，嚴重的應(yīng)力集中和過大的焊接應(yīng)力等是形成焊接裂紋的基本條件。設(shè)計中減少接頭的剛度、減少交叉焊縫，減少造成應(yīng)力集中的各種因素，都是改善焊接性的重要措施。

4、使用條件

是指焊接結(jié)構(gòu)服役期間的工作溫度、負載條件和工作介質(zhì)等。這些工作環(huán)境和運行條件要求焊接結(jié)構(gòu)具有相應(yīng)的使用性能。如在低溫工作的焊接結(jié)構(gòu)，必須具備抗脆性斷裂性能；在高溫工作的結(jié)構(gòu)要具有抗蠕變性能；在交變載荷下工作的結(jié)構(gòu)具有良好的抗疲勞；在酸、堿或鹽類介質(zhì)工作的焊接容器應(yīng)具有高的耐蝕性能等等?？傊?，使用條件越苛刻，對焊接接頭的質(zhì)量要求就越高，材料的焊接性就越不容易保證。