低碳钢的焊接特点及工艺分析

龙源期刊网低碳钢的焊接特点及工艺分析作者：栾丰飞隋旭日来源：《大东方》2018年第06期摘要：低碳钢的碳含量较低，合金元素锰和硅的含量亦不高。总的来说，其焊接性良好，不会因焊接热周期的快速冷却，引起淬硬而使组织脆化。本文分析了低碳钢的焊接性和常见焊接缺陷，并针对各种焊接缺陷提出了预防措施。关键词：低碳钢；焊接性；工艺分析低碳钢由于含碳量较低，焊接性较好，在焊接生产上得到了广泛的应用。因此，在焊接板厚小于70mm的焊件时，焊前不需预热，不必严格保持层间温度。除了锅炉、压力容器等重要的焊接结构外，焊后不必作消除应力处理，整个焊接过程不必采取特殊的工艺措施，焊接性能优良。当采用高热输入焊接法焊接低碳钢时，也会出现各种问题。一、关于低碳钢的焊接性分析1.1焊接方法选择低碳钢焊接性好，几乎可以选择所有的焊接方法，并能保证焊接接头的良好质量，例如氧乙炔、焊条电弧焊、埋弧焊、氩弧焊、二氧化碳气体保护焊、电渣焊、等离子弧焊、电阻焊、摩擦焊和钎焊等。近年来新开发的一些高效、高质量的焊接方法和焊接工艺也在低碳钢焊接中得到了广泛应用，例如高效率铁粉焊条和重力焊条电弧焊、氩弧焊封底-快速焊剂埋弧焊、窄间隙埋弧焊、药芯焊丝气体保护焊等。1.2焊接材料选择低碳钢焊接时选择材料应遵循等强度匹配的原则，也就是根据母材强度等级及工作条件来选择焊接材料。低碳钢结构通常使用抗拉强度平均值为420MPa的钢材，而E43xx系列焊条熔敷金属的抗拉强度不低于420MPa，在力学性能上正好与之相互匹配。这一系列焊条有多种型号，可根据具体情况选用。二、低碳钢施焊工艺要点低碳钢焊接时一般不需要特殊的工艺措施，但在工件厚度较大或环境温度较低（T≤0℃）时，会因冷却速度加快而导致接头裂纹倾向增加，例如在焊接直径大于3000mm且壁厚不小于50mm的结构，焊接壁厚不小于90mm的第一道焊道，受压容器壁厚不小于20mm时的焊缝等均有可能产生裂纹，因此焊接时应采取如下工艺措施：龙源期刊网）焊前预热，焊接时保持道间温度。预热温度根据实践经验和实验结果来确定，不同产品的预热温度有所不同。2）采用低氢或超低氢型焊接材料。3）连续施焊整条焊缝，避免中断。4）在坡口内引弧，避免擦伤母材，注意息弧时填满弧坑。5）不在低温下进行成形、矫正和装配。6）尽可能改善严寒的劳动条件。上述措施可单独使用，有时需要综合使用。三、焊接缺陷与预防措施（1）焊缝金属的热裂纹问题在直边对接接头的单面或双面埋弧焊中，当母材的w（C）超过0.20%，w（S）大于0.03%，且板厚大于16mm时，往往会在焊缝的中心线形成热裂纹。当母材的偏析现象严重时，也可能在枝晶间形成人字形裂纹。这些裂纹形成的原因是，在直边对接接头焊接时，母材在焊缝中所占的比率较大（约70%），使焊缝金属中的碳、硫、磷含量超过了产生热裂纹的临界值，如焊缝成形系数小于1.3就会导致焊缝金属形成热裂纹。为防止这种热裂纹的形成，一是可选用碳含量较低的焊丝；二是调整焊接参数，以改善焊缝的成形。如采取这两种措施均未凑效，则必须修改焊接工艺，在接缝边缘开一定深度的V形或U形坡口，减少母材在焊缝中的混合比，从而降低焊缝中的碳、硫含量。（2）液化裂纹问题液化裂纹多半出现于以高热输入量焊接的直边对接焊接接头中，裂纹部位总是在焊缝的熔合区。这种液化裂纹的尺寸很小，有的甚至只有几个晶粒的长度，不易被发现，但经常导致焊接产品试板弯曲，试样冷弯不合格。在分析液化裂纹的成因时发现，虽然所焊母材的碳、硫等含量均在钢材标准规定的范围之内，但因冶炼质量低劣，存在明显的偏析带，使硫、磷等有害杂质含量局部偏高；当以高热输入焊接时，焊缝熔合区在高温停留的时间较长，如焊接应变速率高于晶体变形能力的增长速度，就会产生液化裂纹；但弧焊热周期高温段的时间较短，限制了液化裂纹的扩展，如不仔细检查，则很难发现这种裂纹。为消除这种液化裂纹，首先可适当降低焊接热输入，加快焊接速度，以缩短焊缝在高温停留的时间；但热输入量的降低可能会引起未焊透。因此，当热输入降低至容许的最低值而仍未龙源期刊网消除液化裂纹时，则必须采取第二种办法，即将直边对接改成V形坡口对接，并将单层焊改为多层焊。这样，虽然降低了焊接效率，但避免了液化裂纹，保证了焊缝的质量。（3）层状撕裂问题在焊接厚度大于60mm的碳钢厚板接头时，如钢材的冶炼质量较差，存在较多的非金属夹杂物，则在焊接应力较高的接头中，在焊接热影响区或靠近热影响区部位，有时会形成层状撕裂，并向平行于钢板轧制方向扩展。层状撕裂在角接和对接接头中均可能产生。这种裂纹通常在接头冷却至200℃温度以下，受较高的焊接应力的作用而产生。因此，层状撕裂是焊接冷裂纹的一种特殊形式。层状撕裂主要是由于钢板夹层中，存在非金属夹杂物，在钢板厚度方向焊接拉应力的作用下，使其与基体剥离，形成层状撕裂斑点。当这些斑点长大到一定尺寸时，则以脆断的形式扩展，再合并成宏观裂纹。避免层状撕裂最基本的方法，是选择保证厚度方向性能的钢材。其次是从焊接工艺上采取相应措施，例如，对焊件进行适当的预热；降低焊接热输入量和减小焊缝尺寸；降低焊接收缩应力等。对于钢板分层严重的焊件，一种有效的解决办法是在坡口表面做一定厚度的预堆焊。结束语综上所述，低碳钢是目前工业用钢中焊接性最好的钢种，几乎所有的焊接方法都可以用来焊接低碳钢。当采用高热输入焊接法焊接低碳钢时，要采取相应措施，保证焊缝质量。参考文献[1]邱葭菲.焊接方法与设备[M].北京：化学工业出版社，2015.[2]李军、沈宏谋变频外转子电机硅钢片铁心与低碳钢的焊接工艺[J].微特电机，2016（29）：47～47.[3]郭守真，杨王华，陈国安，孙祖庆.铌对低碳钢形变强化相变的影响[J].北京科技大学学报，2015（06）.[4]许正功，陈宗帖，黄龙发.表面形变强化技术的研究现状[J].装备制造技术，2015（04）.（作者单位：中车青岛四方机车车辆股份有限公司）