1、第八章碳钢的焊接 主编第八章碳钢的焊接表8-1碳钢焊接性与碳含量的关系 碳钢是以铁为基础，以碳为主要合金元素的铁碳合金，碳的质量分数一般不超过1.0%。其他常存元素因含量较低皆不作为合金元素。因此，碳钢的焊接性主要取决于碳含量的高低。随着碳含量的增加，焊接性逐渐变差，见表8-1。第一节低碳钢的焊接一、低碳钢的焊接特点 低碳钢的碳含量较低(w025%)，除Mn、Si、S、P等常规元素外，很少有其他合金元素，因而焊接性良好。焊接时有以下特点：1)可装配成各种不同的接头，适应各种不同位置的施焊，且焊接工艺和技术较简单，容易掌握。2)焊前一般不需预热，只有在环境温度较低或结构刚性过大时，才考虑预热措施
2、。3)塑性较好，焊接接头产生裂纹的倾向小，适合制造各类大型结构件和受压容器。4)不需要使用特殊和复杂的设备，对焊接电源没有特殊要求，交直流弧焊机都可以焊接。5)低碳钢焊接时，如果焊条直径或工艺参数选择不当，也可能出现热影响区晶粒长大或时效硬化倾向。第一节低碳钢的焊接二、低碳钢的焊接工艺 低碳钢几乎可以采用所有的焊接方法进行焊接，并都能保证焊接接头的良好质量，用的最多的是焊条电弧焊、埋弧焊、电渣焊及CO2气体保护焊等。1.焊条电弧焊 焊条电弧焊时焊前准备、焊材选用、焊接方法选定、焊接参数、操作要求等工艺内容中，关键是选择电焊条，而焊条的选用主要是根据母材的强度等级及焊接结构的工作条件来确定的，见
3、表8 2。表8-2焊接低碳钢所用焊接材料第一节低碳钢的焊接2.埋弧焊 低碳钢的埋弧焊接头的等强度，主要靠选择相应的焊丝和焊剂来获得。焊丝和焊剂见表8 2。3.电渣焊 大厚度工件的焊接可采用电渣焊。低碳钢的电渣焊等强度一般借助于采用低合金钢焊丝来获得。焊丝和焊剂的选用见表8 2。第一节低碳钢的焊接三、低碳钢典型零件焊接 油田输油管线材质为20钢，其外径为?60mm、壁厚35mm，采用手工钨极氩弧焊打底，焊条电弧焊盖面进行施焊。(1)坡口形式及加工方法坡口为Y形，坡口角度为605，钝边1.5mm，间隙1.5mm，如图8-1所示。(2)焊接材料及电源的选择焊条可用E5015(J507)或E5016(
4、J506)碱性低氢型焊条，直径为?3.2mm。(3)焊接参数见表8-3。表8-3焊 接 参 数图8-1油田输油管线第一节低碳钢的焊接(4)焊接检验焊缝表面不允许有气孔、裂纹、夹渣等缺陷。表8 4焊缝外观尺寸要求(单位：mm)表8-4焊缝外观尺寸要求(单位：mm)第二节中碳钢的焊接一、中碳钢的焊接特点 中碳钢的碳含量wC只比低碳钢提高02%03%，但是这点变化却引起了焊接性的严重恶化。同时在物理性能方面，中碳钢比低碳钢线膨胀系数略高，热导率稍低，这也就增加了中碳钢焊接的热应力和过热倾向。二、中碳钢的焊接工艺(1)焊接方法中碳钢焊件焊接时，焊条电弧焊是最恰当的焊接方法，应采用相应强度级别的碱性低氢
5、型焊条。(2)坡口制备中碳钢焊接时，为了限制焊缝中的含碳量、减少熔合比，一般开成带钝边的U形或V形坡口，并将坡口两侧油、锈等污物清除干净。第二节中碳钢的焊接(3)预热大多数情况下，中碳钢焊接需要预热和控制层间温度以降低焊缝和热影响区冷却速度，防止产生马氏体，预热温度取决于碳当量、母材厚度、结构刚度、焊条类型和工艺方法等。(4)焊接电源一般选用直流弧焊电源，反极接，这样可以使熔深减少，起到降低裂纹倾向和气孔敏感性的作用。(5)焊后热处理焊后尽量立即进行消除应力热处理，特别对于厚度大或刚性大的工件。如果焊后不能立即进行消除应力热处理，也要进行后热，即采取保温、缓冷措施，使扩散氢逸出，以减少裂纹的产
6、生。第二节中碳钢的焊接三、中碳钢典型零件焊接(1)法兰长轴材料为35钢，主要尺寸如图8-2所示。焊件预热150，焊前仔细清理焊口，定位焊缝45段，每段长50mm。焊件水平放置，焊缝处于立焊位置。圆周焊缝分成6段或4段，分段跳焊以减小焊接应力和变形，第一道焊缝焊速稍慢，焊肉稍厚，灭弧注意填满弧坑。(2)机车用万向轴材料为40Cr，结构如图8-3所示。图8-2焊接法兰长轴图8-3焊接万向轴第三节高碳钢的焊接一、高碳钢的焊接特点1)高碳钢比中碳钢焊接时产生热裂纹的倾向更大。2)高碳钢对淬火更加敏感，所以近缝区极易形成马氏体淬硬组织，如工艺措施不当，则在近缝区会产生冷裂纹。3)高碳钢焊接时由于受焊接高
7、温的影响，晶粒长大快，碳化物容易在晶界上积聚、长大，焊缝脆弱，使焊接接头强度降低。4)高碳钢导热性能比低碳钢差，因此在熔池急剧冷却时会在焊缝中引起很大的内应力，这种内应力很容易导致形成裂纹。第三节高碳钢的焊接二、高碳钢的焊接工艺1.高碳钢的焊条电弧焊工艺1)高碳钢焊接时，一般不要求接头与基本金属等强度，通常选用低氢型焊条。2)焊前要严格清理待焊处的铁锈和油污，焊件厚度大于10mm时，焊前应预热至200，一般直流反接，焊接电流应比焊低碳钢小10%左右。3)焊条在焊接前应进行400烘干(12)h，以除去药皮中潮气及结晶水，并在下保温，随用随取，以便减小焊缝金属中氧和氢的含量，防止裂纹和气孔的产生。4)焊件厚度在5mm以下时，可不开坡口直接从两边焊接，焊条应作直线往返摆动。5)为了降低熔合比，以减少焊缝中的碳含量，高碳钢最好开坡口多层焊接。6)定位焊时应采用小直径焊条焊透。第三节高碳钢的焊接2.高碳钢的气焊工艺 高碳钢气焊前应对焊件进行预热，焊后整体退火以消除焊接应力，然后再根据需要进行其它热处理；也可焊后进行高温回火(700)，以消除应力，防止裂纹产生并改善焊缝组织。气焊时采用低碳钢焊丝或与母材成分相近的焊丝，火焰采用碳化焰。焊前彻底清除焊接区表面的污物，焊接时要制备与焊件材质相同、等厚的引出板。
