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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）∕15v0.4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∕14

Ceq《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750CRb=700MPa,Ceq=O.52预热75OCRb=800MPa,Ceq=0.62预热150OC

新日铁：

CE二C+A（C）{Si/24+Mil/16+Cu/15+

Ni/20+（Cr+Mo+V+Nb）∕5+5B}（%）

A（C）=075+0.25tgh[20（C-0.12）]

CEllW公式对碳钢和碳镜钢更合适，但不适用于低碳低合金钢；PCm适于低碳低合金钢oCEN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

CEnw,而当碳降低时他又接近PCm）。

一一用图表法确定钢焊接时的预热温度上

2、冷裂纹敏感指数：

PCm

PCm=C+Si∕30+（Mn+Cu+Cr）∕20+Ni∕60+Mo∕15+V∕10+5B

P"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%,Mn=0.4-1.4%JCU=O-0.5%,Ni=O-1.2%,Cr=O-1.2%,MO=O-0.7%,V=0-0.12%,Nb=O-0.04%,Ti=0-0.05%,B=0-0.005%.

3、冷裂纹敏感性PW

PW=PCm+[H]∕60+h∕600或PW=PCm÷[H]∕60+R∕40000

[H]:

熔敷金属中扩散氢含量（ml/1OOg）

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：

TOTo=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CEnw;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CEIlW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。

[H]ιjvv-5ml/100g（DM）E=

17kj/mm

环境温度二】O七上

50、60

〜/7

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图2确定所需预热温度的棊本曲线

碳当鹽（CEN）（%）

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51050

堺啟金属中気含st[∕ml（ItMg）-I

图3CEN擁IE值与熔敷金属中氢含就的矢系曲

图4CEN修正值与焊接热输人及CEnW的尖系曲线

屈强强度

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:

PSR=Cr+Cu+2Mo+10V+7Nb+5Ti-2

Psr>0,有再热裂纹倾向。

6=t8∕5（焊接冶金学基础）

来源：

COOlingratein800to500rangefromClimenSiOnalanalysis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:

4λpLl500——TO

Isooi

焊接线能量（J∕cm）

入：

导热系数

cP：

容积比热容[J∕（CmTC）]S:

板厚（Cm）

TO:

初始温度

临界板厚SCr:

实践表明：

板厚V0.6SCr用薄板计算公式，板厚＞0.9SCr用厚板计算公式b、理论经验公式：

厚大焊件的三维传热：

S=©67-5X10-%）阀5001〜800八

薄板焊接时的二维传热：

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临界板厚Scr:

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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（inIOmnl）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

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图4」5手弧WS（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（OC）=539-453C-30.4Mn-17.7Ni-12.1Cr-7.5Mo

贝氏体相变温度：

BS（OC）=830-270C-90Mn-37Ni-70Cr-83MoFe-Ni-Cr-MO-C钢：

BS（OC）=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

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II热够啊区：

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焊轨J

母材

图4-34焊接热屯驸区的溫度分布与状崔图的矢豪

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sP,另一个是应力集中部位产生裂纹的临界变形能力Sc,当Sp>Sc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与接头的拘束度，参与应力大小以及应力集中程度有尖；SC与晶界聚合强度、晶内蠕变抗力及晶粒尺寸大小等因素有尖。

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。

12CrlMOV再热裂纹敏感系数根据有尖经验公式为：

△G=C叶3.3Mo+8.1V-2>0,W产生

再热裂纹的可能。

热影响区的软化问题

12CrlMOV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。

这个软化区中的组织除了聚集了碳化物外，大部分是铁素体，同事还有奥氏体分解产物，形成所谓的“白带”组织，因为“白带”组织的出现，长期高温工作时，蠕变变形也很容易集中在这个部位而发生断裂，为了消灭这种组织，预热和焊后热处理温度必须十分谨慎。

实验：

再热裂纹敏感性评定：

1、再热裂纹敏感性评估

∆G,=Cr+3.3Mo+8.1V+10C-2

当厶GU.5时，对再热裂纹不敏感

2、再热裂纹C形曲线和不同焊后热处理温度下临界断裂初应力测定

2.1插销应力松弛再热裂纹敏感性试验（GB9446-1995）——再热裂纹C形曲线

测定、不同焊后热处理温度下临界断裂初应力值测定

2.2斜Y型坡口再热裂纹试验（GB4675.1-84）

工艺参数：

OOCrI9Ni10_15CrMoR复合板的焊接（OOCrl9Ni10_15CrMoR复合钢板焊接工艺评定）

焊条：

基层、覆层分别选择A002、R307焊条；过渡层选择A062焊条，过渡层焊接与异种钢类似，选择25-13型焊条，保证过渡层金属的化学成分，成为奥氏体家少量铁素体，不至于出现马氏体，甚至热裂纹。

焊后热处理：

按HG20584和用户要求，热处理规范为炉温400C以下进炉，升温速度50-100C∕h、保温温度600+-20C、保温时间3h、降温速度50-130C/h、随炉冷却至400C出炉、空冷至室温。

60°

图1坡口形式及尺寸

J3悍接上艺细

腿

縣

i>-,（l311,min,1）

DCEP

IK-180

12λ16

基层配

DCEP

5.0

200-220

23-26

12-16

A062

DCEP

120-150

227

14-IB

A002

DCEP

I2Q-15Q

14-18

07MnNiMOVDR（低焊接裂纹敏感性低温容器用钢）焊接：

（07MnNiCrMOVDR低温钢的焊接及其低温冲击韧T生分析）

焊接材料选择高强度、超低氢高韧性J607RH焊条。

焊后热处理工艺曲线如下图：

时间r/h

55°

图I立位坡口形及焊层示意

襲3立埠H艺规范夢数

尼道

方法

壊充金届牌号和立径

扱性

焊扌建电fF^V

∕{ciri∕imirθ

SMAW

J6O7RH

3.2

直淹反接

110λ

115

21-23

6,2

22λ25

SMAWT

J6O7RH

4.0

戲说反接

140

145

25-27

17-24

A—

SMAW

J607KH

Γ1JO-

145

25-27

9〜13

16-26

SMAW

J6O7RH

3.2

直流反按

IlOTM

J15

21-23

68^7,3

19-23

Hl2

SMAW

J6O7KH

140

145

25-27

9.8λ10.4

20-24

试验用钢的化学成分{质量分数•%）

Table1ChemiCalCOnPOSitiOnSOftestSteel

中

血

NfCV

0.07

0.24

1.39

0.012

0.06

0.24

0」80.028

表2试验用钢的力学性能

Table2MeChaniCalPrOPeitieSOftestSteel

屈服强度

R兀NPcI

抗拉强度

断后伸长率冲击吸收功（-40Q

J（%）

AvlVJ

575

635

168

IOCrMO910（珠光体耐热钢）

«210CM91I）航频分

兀素

SM（

CrfX

0.H

03）

0.52

0.021

0.012

O.UJ

2.51

1,00

[）.050

0,01

0.01

0.020

0.010

表1IOCrMO910钢机械性能

屈服（MPa）

抗张（MPa）

延伸（％）

冲击（J∕cm2）

380

510

28.0

224

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