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焊接公式及实验

1、碳当量国际焊接学会:CE(IIW)=C+Mn/6+(C叶Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 <0.4 淬硬倾向不大日本焊接学会:Ceq(JIS)=C+Mn /6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14Ceq《0.46%,焊接性优良;0.46-0.52%淬硬倾向逐渐明显,焊接时需要采取合适的措施;Ceq>0.52%时,淬硬倾向明显,属于较难焊接材料。

淬硬倾向较大的钢,焊后在空气中冷却时,焊缝易出现淬硬的马氏体组织,低温焊接或焊接刚性较大时易出现冷裂纹,焊接时需要预热,预热是防止冷裂纹和再热裂纹的有效措施。

与人是防止冷裂纹和再热裂纹的有效措施。

温度太低,焊缝会开裂,太高又会降低韧性,恶化劳动条件,所以确定合适的预热温度成为很重要的问题。

Rb=500MPa,Ceq=0.46 不预热Rb=600MPa, Ceq=0.52 预热75o C Rb=700MPa, Ceq=0.52 预热75 o CRb=800MPa, Ceq=0.62 预热150 o C新日铁:CE= C+ A(C){Si/ 24+ Mil/ 16+ Cu/15 +Ni/ 2 0+ (Cr+ Mo+ V+ Nb)/5+ 5B} (%)A(C)= 0 75+ 0. 25tgh[20(C- 0. 12)]CE IIW公式对碳钢和碳锰钢更合适,但不适用于低碳低合金钢;Pcm适于低碳低合金钢。

CEN在图表法中被用作评价钢冷裂纹敏感性的尺度(当碳增加时,CEN接近CE IIW,而当碳降低时他又接近Pcm)。

——用图表法确定钢焊接时的预热温度上2、冷裂纹敏感指数:PcmPcm=C+Si/30+(M n+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B=C +男+勢+芻十黑+富+寧+焉+ 23B-使用化学成分范围(质量分数):C=0.07-0.22%,Si=0-0.6%,M n=0.4-1.4%,Cu=0-0.5%,Ni=0-1.2%,Cr=0-1.2%,Mo=0-0.7%,V =0-0.12%,Nb=0-0.04%,Ti=0-0.05%,B=0-0.005%.3、冷裂纹敏感性PwPw=Pcm+[H]/60+h/600 或Pw=Pcm+[H]/60+R/40000[H]:熔敷金属中扩散氢含量(ml/100g)R:焊缝拉伸拘束度h:板厚(mm)当Pw>0时,即有产生裂纹的可能性。

适用条件:扩散氢含量[H]=(1-5)ml/100g,h=19-50mm,线能量为17-30kJ/cm.4、预热温度:To To=1440Pw-392根据日本CEN 确定预热温度:1、根据钢的化学成分计算CEN 和CE IIW ;2、通过焊缝金属扩散氢含量与图3标准 值的偏差求出CEN 的某一增量;3、通过热输入与图4标准值的偏差和CE IIW 求出CEN 的某一增量;4、将CEN 增量之和与原始CEN 相加,对CEN 进行修正;5、根据修正 的CEN 和图2基本曲线中的板厚确定y 坡口试验的临界预热温度;6、根据焊缝金属 强度和接头拘束度,通过图5的修正,确定实际所需的预热温度。

图2确定所需预热温度的棊本曲线40 50、 60〜几”癌 10 15/ 20 - \ 25 30-(板厚[H ]1JW -5 ml/100 g(DM) E =1 7 kJ/mm环境温度=】0七 上碳当鹽(CEN )(%)5 0 52 110■ ”* V ■o O-X10 -^15 -0.20堺啟金属中気含St [ /ml( ItMg)-1图3 CEN 擁IE 值与熔敷金属中氢含就的关系曲线7.10i 1 H■ CEiir = C + * IlliMn Cu+ Ni 5 + 15' 1Cr + Mo+ V K5—J r -—■0-550.50Z —0,45'■■0.4dCE IIW。

1 1 ■ 1l.lti1.Jl0300,05 O05O数输人EAJ * mm^'图4 CEN 修正值与焊接热输人及CEnw 的关系曲线图5实际焊接时对所需预热温度的修正图2-图5: ——用图表法确定钢焊接时的预热温度上5、再热裂纹敏感经验公式:P SR =C r+Cu+2Mo+10V+7Nb+5Ti-2 P SR >0,有再热裂纹倾向。

6、t8/5 (焊接冶金学基础)耘十吨"总)爲”待r 爲来源: cooli ng rate in 800 to 500 range from dime nsional an alysis 很准确a 、根据传热学推导理论公式: 厚大焊件的三维传热:薄板焊接时的二维传热:E:焊接线能量(J/cm )屈强强度800 - T o J ]14^p LI 500 — To1800 二入:导热系数c P:容积比热容[J/ (cm T c)]S :板厚(cm)TO:初始温度临界板厚S cr:实践表明:板厚<0.6 S cr用薄板计算公式,板厚>0.9 S cr用厚板计算公式b、理论经验公式:厚大焊件的三维传热:© 67 - 5X10-%)阀500 1~ 800^薄板焊接时的二维传热:叶 e043 7 ©xeg 瞬[(« J-3淞哺廉却时间的搏撐接竪裂坤扶援头洋式Ft二進鶴伶冲10to 丁施St t•字整头的摘一民第二尿焊道0. 67也&?+字揆头中的瞩三反犒㈣层坤世 a 67 a »**oi«r知禅■赴的阳角焊豐①67a时T”將接接头的貼帘坤蔓0*670.70¥幣壤口孙的坤權坤逋佃『爐口,间ftarnm)L 0—LZ7・D的澤援輝通(6tr»口*阖感3nni0ft-77G口赴的中冏押連G,帥7 07。

口处的麓面搏道0- 1. 01-0】形甘握尊面澤與囿戍彩仇知f 1』bO 线算图的用法如下’手孤焊对接时.如图415所示.如果不Wfet可根据板斥(in 10mm)和所选用的焊接绘能童18000j/cm)直搂连线在(AJ点可以直接得出切"如果预热烈(TC时,再由(A)点与200L连直线(2)t在点即可碍出菇热2皿£的如^图4」5手弧Wt./5 (a>和f 棚(b)的球算图熔渣的碱度计算公式:当B1>1时为碱性渣,B1<1时为酸性渣;B 仁1时为中性渣。

马氏体相变温度:Ms(°C)=539-453C-30.4M n-17.7Ni-12.1Cr-7.5Mo贝氏体相变温度:Bs (°C ) =830-270C-90Mn-37Ni-70Cr-83Mo Fe-Ni-Cr-Mo-C 钢:Bs(°C)=844-597C-63Mn-16Ni-78Cr焊接热影响区的组织和性能:低碳钢、低合金钢焊接热影响区组织分布: 1、 熔合区 2、 过热区 3、 相变重结晶区 4、 不完全重结晶区对于焊接淬硬倾向较大的钢种,焊接热影响区组织分布为: 1、 完全淬火区 2、 不完全淬火区f=60t7ZA 4AM01UQOOj JOiMOjNOQQj側畑yooou ■woe (j 丹汕0 + 18M0-r^QQ0 16040^* -30001- -wooo-24W0etinat T*冷却时M nJMC|4tHJ0-|. 22DQQ1200,LOflOlb 3000(J -ISMQ ■L60QI :-1<00|}-J20OU・WI4 :刿:圖灿:JOlMl :测 :10() ■ftHJ-川* 、 H25 L an •HH)■ ■***4«|-ISO,2U (» w ” g”20 ■15IC-1別 r -1011 冷字L 4 3 咋i1 ■2=0E掩超时阿IS )从 Mih 】-t>airr1CK W0«£«# |101100-1-*■Z2H-jSOOGfl-如小1■180-301>-—*加酣如“1SU- ItlWlJ-140-1U叶IStKHi 」 卜 ・ _ n. ■-L20- J401KI、s加|QU- S.・bI2D0U-'iJ rJ laooo- ■60-90(叫 lu-61'»0lW-0-—-1■Bi3L I15川i hn if/cm.恆厚d tmmiJVQ-M上;mbi图4-34焊接热屯驸区的溫度分布与状崔图的关豪冷裂纹产生焊接冷裂纹的三大主要因素是:焊缝热影响区有一定的淬硬倾向、较大的焊 接应力或拘束度、焊缝中扩散氢含量。

拘束度 R=Eh/L ( h 板厚)预防措施:1采用优质的低氢焊接材料,并严格控制氢的来源,焊前烘干焊条和 焊剂,仔细清楚焊接区的油污、水、铁锈等。

2焊前进行预热,焊接过程中控制层间 温度不低于预热温度。

焊后进行消氢或立即进行焊后热处理,使扩散氢能充分从焊缝 中逸出。

3、确定合理的焊接热输入。

热输入越大,焊接接头冷却时间越长,热影响区 就可以减轻淬火,同事有利于氢的逸出,降低了冷裂纹倾向。

但若焊接热输入过大, 热影响区可能产生过热组织,使晶粒粗大,反而会降低焊接接头的抗裂性能。

热裂纹:预防措施:1采用碱性焊条和焊剂提高脱硫能力,控制焊缝中 S,P 等有害杂质的含量。

2、焊前预热可减慢焊缝冷却速度,减小焊接应力。

再热裂纹:焊接接头在焊后热处理过程中产生再热裂纹,从宏观上看可以认为是由于两个相 互联系的重要条件引起的,一个是参与应力松弛时装应力集中部位引起的实际塑性变 形量S p ,另一个是应力集中部位产生裂纹的临界变形能力S c ,当S p> S c 时,也即塑 性变形能力不能适应塑性变形的发展时,就可能在再热过程中产生再热裂纹。

△ p 与接 头的拘束度,参与应力大小以及应力集中程度有关;S c 与晶界聚合强度、晶内蠕变抗 力及晶粒尺寸大小等因素有关。

晶界的偏西对晶界的聚合强度影响很大,而晶内沉淀 相的析出硬化对晶内的蠕变抗力有很大影响。

另外,再热过程中晶内合金碳化物沉淀 造成的二次硬化,使晶内蠕变抗力提高,促使蠕变易于集中于r】------ 谭糠金——-熔合C? --------- 5 W JJ 2U焊轨热够啊区II【\扭晁检区(过热区*1200盘祯「国斎站吾艮厂-IUO0I \革完全1[结昴奥a<io 厂厂厂0・3 0.事晶界,这样,在应力松弛过程中蠕变变形将集中于晶界附近,以致导致深长变形量很小的晶间断裂。

12Cr1MoV再热裂纹敏感系数根据有关经验公式为:△G=C叶3.3Mo+8.1V-2>0,有产生再热裂纹的可能。

热影响区的软化问题12Cr1MoV 的焊接接头,在焊前预热和焊后热处理的工艺措施下,热影响区可能出现硬度和强度明显下降的软化区。

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