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中碳鋼這么難焊,應該怎么焊呢?

      中碳鋼是指含碳量0.25%~0.60%的碳素鋼,包括優質碳素結構中的30、35、45、50、55等和鑄造碳鋼中的ZG230-450、ZG270-500、ZG310-570、ZG340-640等鋼種。由于中碳鋼的含碳量比低碳鋼高,其焊接性比低碳鋼差。當碳的質量分數接近0.30%而含錳量不高時,焊接性尚好,但隨著含碳量的增加,焊接性逐漸性明顯變差。當碳的質量分數達到0.50%左右時,焊接性明顯變差。
 
      一、焊接中碳鋼易出現的問題及工藝措施
 
      焊接中碳鋼時容易發生的問題如下:
 
      1、冷裂紋問題
 
      由于鋼材的含碳量較高,焊接時熱影響區很容易產生硬脆的馬氏體組織,因此容易產生冷裂紋。如果焊接材料選用不當或焊接工藝制定不當,焊縫也容易產生冷裂紋。 
 
      2、熱裂紋問題
 
      焊接時,含碳量較高的母材熔化后,也會把碳帶入焊縫中,使焊接中碳的含量增高。碳能加劇金屬中硫、磷等引發熱裂紋的作用,因此焊接中碳鋼時焊縫容易產生熱裂紋。特別是當母材或焊接材料中硫、磷含量控制不嚴時,更容易產生熱裂紋。
 
      此外,鋼中碳的含量高,也使焊接縫產生CO氣孔的傾向增大。
 
      工藝措施
 
      由于中碳鋼焊接時容易產生冷裂紋、熱裂紋等缺陷,因此焊接時需要采取一些特殊的工藝措施才能正常焊接。
 
      1、焊接方法
 
      各種電弧焊方法均可用于焊接中碳鋼。由于中碳鋼多用于制造機器零件,并非大型焊接結構,所以生產中焊條電弧焊方法應用的最多。
 
      2、焊接材料
 
      為了防止焊接接頭產生冷裂紋和熱裂紋,焊條電弧焊時通常都采用低氫焊條焊接。低氫焊條不僅使焊縫中含氫量較低,而且具有一定的脫硫、磷作用,能提高焊縫的塑性和韌性。當鋼中碳的含量較低且接頭拘束度不大時,也可采用鈦鐵礦型或鈦鈣型焊條焊接,但一定要采取嚴格的工藝措施相配合,例如盡量減少熔合比、對焊件嚴格預熱和控制層間溫度等。如果焊件不能預熱,也可有采用鉻鎳奧氏體不銹鋼焊條焊接,
 
      例如E308L-16(A102)、E308L-15(A107)、E309-16(A302)、E309-15(A307)、E310-16(A402)、E310-15(A407)等。
 
      3、 預熱溫度和層間溫度
 
      焊前預熱是焊接中碳鋼時防止產生裂紋最有效的工藝措施。預熱不僅能降低接頭的冷卻速度,從而防止產生馬氏體,而且能減少焊接應力和加速氫的擴散逸出。大多數情況下都需要預熱和保持層間溫度。預熱溫度和層間溫度的選擇取決于鋼材的碳當量、母材的厚度、結構的剛性、焊條的類型等。預熱溫度可通過焊接性試驗來確定,也可通過經驗公式T0=550(C-0.12)+0.4δ確定,式中T0表示預熱溫度(℃),C表示所焊母材的碳的質量分數(%),δ表示鋼板厚度(mm)。
 
      30、35、45鋼焊接時的預熱溫度和層間溫度可參表1。
 
 
      4、坡口型式
 
      焊件最好開U形或V形坡口,這樣可以減少母材金屬熔入焊縫的比例。如果是焊補鑄件缺陷,鏟挖出的坡口外形應圓滑,以減少母材熔入焊縫的量。
 
      5、焊接參數
 
      焊接宜采用直流反極性電源。多層焊時,由于母材溶化到第一層焊縫中的比例(質量分數)最高可達30%左右,因此宜采用小直徑焊條、小電流、慢焊接速度焊接。
 
      6、焊后熱處理
 
      焊后,焊件最好立即進行消除應力熱處理。特別是對于大厚度焊件、大剛性結構件和在動載荷或沖擊載荷下工作的焊件。
 
      消除應力回火的溫度一般為600~650℃。
 
      如果焊后不能立即進行消除應力熱處理,則應進行后熱,即進行略高于預熱溫度的加熱,保溫時間為大約每10mm厚度1h。
 
二、典型中碳鋼焊接工藝匯編
 
      (一)35鋼與ZG270-500鑄造碳鋼
 
      35碳鋼的質量分數為0.32%~0.39%,ZG270-500鑄造碳鋼碳的質量分數為0.31%~0.40%。碳當量約為0.45%,因此這類鋼的焊接性尚可。但焊接時熱影響區仍有可能產生硬脆的馬氏體組織,有產生裂紋的傾向,所以焊接這類鋼時應采取一定的工藝措施。
 
      1、焊接材料的選用
 
      焊條電弧焊時,當要求焊縫與母材等強度時,可選用E5016(J506)或E5015(J507)焊條焊接;當不要求焊縫與母材等強度時,可選用E4316(J426)、E4315(J427)、E4303(J422)、E4310(J423)等焊條焊接。
 
      埋弧焊時,焊劑可選用HJ430、HJ431;焊絲可選用H08MnA、H10Mn2等。
 
      電渣焊時,焊劑可選用HJ430、HJ431、HJ360;焊絲可選用H10Mn2、H08Mn2Si、H08Mn2SiA等。
 
      2、 預熱溫度和層間溫度
 
      焊接35鋼和ZG270-500鑄造鋼時,通常焊件的預熱溫度和層間溫度為150℃左右,當焊件剛性比較大時,預熱溫度和層間溫度應提高到200~250℃。
 
      局部預熱的加熱范圍為坡口兩側150~200mm。
 
      3、 焊后熱處理
 
      對于大厚度焊件,大剛性結構件和工作條件為動載荷或沖擊載荷的焊件,焊后宜立即進行消除應力回火處理,回火溫度一般為600~650℃。
  
      對于一般厚度的焊件可采用后熱,以使擴散氫逸出。
 
      后熱溫度一般為200~350℃,保溫時間為2~6h,視焊件厚度而定。
 
      (二)45鋼與ZG310-570鑄造碳鋼
 
      45鋼碳的質量分數為0.42%~0.5%,ZG310-570鑄鋼碳的質量分數為0.41%~0.50%。碳當量約為0.56%,淬硬傾向比較大,容易產生裂紋,焊接性比較差。
 
      1、焊接材料的選用
 
      焊條電弧焊時,盡量選用低氫型焊條,當要求焊縫與母材等強度時,可選用E5516-G(J556)、E5515-G(J557)焊條;當不要求焊縫與母材等強度時,可選用E4316(J426)、E4315(J427)、E5016(J506)、E5015(J507)、E4303(J422)、E4301(J423)等焊條。
 
      埋弧焊時,焊劑可選用HJ350或SJ101,焊絲可選用H08MnMoA。
 
      2、焊接參數的選擇
 
      焊接45鋼和ZG310-570鑄造碳鋼,應選用較小的焊接電流,以降低焊縫的熔合比,減少母材中碳向焊縫中過渡的數量。
 
      3、 預熱溫度和層間溫度
 
      焊接這類鋼,焊前最好采取整體預熱,預熱溫度為200℃以上。
 
      對于T形接頭,由于比平對接頭散熱方向多,會導致焊接接頭冷卻加快,增加產生冷裂紋傾向,預熱溫度應適當提高,預熱溫度為250~400℃,視焊件厚度而定。
 
      層間溫度不應低于預熱溫度。
 
      4、焊后熱處理
 
      焊件焊后應立即進行消除應力回火處理,回火溫度為600~650℃。
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