文档介绍：(第一节)中碳钢的焊接工艺
中碳钢的ω(C)%~%之间,ω(Mn)为 %~%,ω(Si)%~%。中碳钢除大量用做机器零件外,目前有些船舶、建筑钢结构也采用中碳钢,实际工程中经常需要进行中碳钢的焊接。
一、焊接用低碳钢的成分和性能
优质碳素结构钢
如GB/T699-1999中的30、35、45、55
一般工程用铸钢
如GB/T11352-1989中的ZG270-500、ZG310-570、ZG340-640等。
表3-9 焊接常用中碳钢的化学成分
表 3-10 焊接常用中碳钢的力学性能
二、中碳钢的焊接性分析
中碳钢ω(C)%~%。~080%之间,当ω(C)%而ω(Mn)不高的Q275、30、30Mn钢,焊接性良好。随着ω(C)的增加,焊接性逐渐变差。
冷裂纹
热影响区可能产生硬脆的马氏体组织,使其强度提高、脆化和硬化,冷裂纹敏感性增大。当焊接材料和焊接过程控制不好,焊缝扩散氢含量较大时,焊缝也开裂。
主要带来的问题:
热裂纹
随着碳含量的增加,增加了焊缝中的S、P偏析,焊缝中的热裂纹倾向增大,特别是杂质硫控制不严时,更显示出来。这种热裂纹在弧坑处更为敏感。
气孔
焊接时,因熔化母材中的碳进入熔池,导致焊缝金属碳含量增加,也增加了气孔(CO)的敏感性。
热影响区软化
焊前经过淬火处理的中碳钢零件,在热影响区可能出现回火软化现象。
有时为了提高中碳钢耐磨或耐蚀性能,在表面堆焊一层高合金层。此时应防止堆焊层与基体成分差异过大在熔合区产生过多的合金马氏体组织,易造成该区冷裂纹或产生剥离。
对于中碳钢铸钢件,焊接修复时,应防止焊接冷裂纹或修复部位焊接残余应力过大而导致开裂。
三、中碳钢的焊接工艺
(一)焊接方法的选择
常用方法
中碳钢焊接性较差,大都用于制造机械零件,焊接方法应选用焊接热输入易控制,且较小的焊接方法,如焊条电弧焊,CO2气体保护焊、氩弧焊等。
电渣焊
与埋弧焊相比,由于电渣焊渣池对焊件良好的预热作用,以及冷却速度极慢的特点,更适宜于中碳钢的焊接。如焊丝-焊剂组合选配恰当,焊接工艺参数合适,则焊缝及热影响区不至于出现淬硬组织,焊后产生冷裂纹的倾向也小。缺点是只适合于厚板长直焊缝,且焊后应进行正火热处理以细化晶粒,如大型齿轮毛坯、电机座、压力机机架、压力机压辊、大型油压机支柱和柱体的焊接,用电渣焊能减少制造时间,节省焊剂消耗。
埋弧焊
不推荐使用埋弧焊。如必须使用,也只限于ω(C)<%的中碳钢中薄板,如含碳量处于下限的35钢(W(C)%~ %)及 30钢(ω(C)%~%)。选用低碳优质焊丝 H08A、H08E、H08MnA配硅钙型烧结焊剂SJ301、SJ302,焊前应预热到150℃。焊后立即进行消除应力处理或去氢处理。
(二)焊接材料的选择
尽量采用低氢型焊接材料
应尽量选用抗裂性好的低氢型焊条,因熔敷金属扩散氢量少,去硫能力强,故熔敷金属塑性、韧性良好,抗裂性好。如果选用非低氢型焊条,如钛铁矿型或钛钙型焊条进行焊接,必须采取严格的工艺措施配合,如控制预热温度、减少母材熔合比等,才能获得满意的结果。
特殊情况下选择焊接材料
如母材不允许预热时,可选用铬镍奥氏体不锈钢焊条焊接,焊缝金属为奥氏体组织,塑性好,可减少焊接接头应力,避免热影响区冷裂纹的产生。用于中碳钢焊接的铬镍奥氏体不锈钢焊条有E308-16(A102)、E308-15(A107)、E309-16(A302)、E309-15(A307)、E310-16(A402)、 E310-15(A407)等。
焊缝金属与母材强度匹配
要求焊缝金属与母材等强度时,应选用强度级别相当的低氢碱性焊条;在不要求等强度时,可选用强度级别低于母材的低氢碱性焊条,例如焊接母材为490MPa的钢,可选用E4316、 E4315焊条。
考虑焊前状态
热处理前即退火状态下焊接,选用焊条必须使焊缝金属成分与母材相近,以使焊后经热处理的焊缝金属达到与母材相同的性能;如在热处理后(一般为调质处理)的部件上焊接,则必须选用低氢碱性焊条,采取相应工艺措施,以防止裂纹和减少热影响区的软化。
(三)焊接工艺要点
预热
中碳钢焊接需要预热,控制层间温度(一般不能低于预热温度),以降低焊缝金属和热影响区的冷却速度,抑制马氏体的形成,提高焊接接头的塑性,减小残余应力。预热温度取决于碳当量、母村厚度、结构刚度、焊条类型和工艺方法。如表3-6
焊后热处理
焊后最好立即消除应力热处理,至少应在焊件冷却到预热温度或层间温度之前进行,消除应力回火温度一般为600~650℃,焊件在炉中加热和冷却