高碳钢,是一种碳含量(C)高于0.6%的钢铁。它的淬火性较强,形成高碳马氏体,对冷裂纹的产生更为敏感。在焊接过程中,热影响区形成的马氏体组织使得接头硬度增加、脆性加剧,导致接头塑性和韧性明显下降,因此高碳钢的焊接性相当差,需要采用特殊的焊接工艺来确保接头的性能。因此,在结构焊接中,一般不太采用高碳钢。然而,高碳钢在一些机器零部件中仍然被广泛应用,例如转轴、大型齿轮和联轴器等。这些零部件为了节省钢材、简化加工工艺,通常采用焊接结构组合而成。在重型机器制造中,也会面临高碳钢部件的焊接问题。因此,在确定高碳钢焊接工艺时,需要全面分析可能出现的各种焊接缺陷,并采取相应的工艺措施。
高碳钢主要用于高硬度和高耐磨性的结构,所以主要的焊接方法是焊条电弧焊、钎焊和埋弧焊。
高碳钢焊接一般不要求焊缝与母材等强度。对于焊条电弧焊,通常选择去硫能力强、熔敷金属扩散氢含量低、韧性较好的低氢型焊条。当需要焊缝金属与母材等强度时,应选择相应级别的低氢型焊条;而当不需要焊缝金属与母材等强度时,则应选择强度级别低于母材的低氢型焊条。如果母材不允许预热,为了避免热影响区产生冷裂纹,可以选用奥氏体不锈钢焊条,以获得具有良好塑性和抗裂纹能力的奥氏体组织。
为了限制焊缝金属中碳的含量,需要减少熔合比。因此,焊接时通常采用U型或V型坡口,并注意清理坡口及其周围20mm范围内的油污、铁锈等杂质。
采用结构钢焊条焊接时,焊前必须预热,预热温度控制在250℃~350℃。
在多层多道焊时,第一道焊应采用小直径焊条、小电流焊接。通常将工件置于半立焊或使用焊条横向摆动,以确保整个母材热影响区都能在短时间内受热,从而获得预热和保温效果。
焊后立即将工件放入加热炉中,在650℃进行保温处理以消除应力退火。由于高碳钢具有较大的淬硬倾向,在焊接时容易产生热裂纹和冷裂纹。
控制焊缝的化学成分,严格控制硫、磷的含量,适当提高含锰量,以改善焊缝组织,减少偏析。
控制焊缝断面形状,宽深比要稍大些,以避免焊缝中心的偏析。
对刚性大的焊件,应选择合适的焊接参数、焊接次序和方向。
必要时采取预热和缓冷措施,来防止热裂纹的产生。
提高焊条或焊剂的碱度,以降低焊缝中的杂质含量,改善偏析程度。
焊接前预热和焊后缓冷,降低热影响区的硬度和脆性,并加速焊缝中的氢向外扩散。
选择合适的焊接措施。
采用合适的装配和焊接顺序,减小焊接接头的拘束应力,改善焊件的应力状态。
选择合适的焊接材料,焊前要烘干焊条、焊剂,并随取随用。
焊前应仔细清除坡口周围基本金属表面的水、锈等污物,降低焊缝中氢的含量。
焊前应立即进行去氢处理,使氢从焊接接头中充分逸出。
焊后立即进行消除应力的退火处理,促使焊缝中的氢向外扩散。
高碳钢由于含碳量较高,淬硬性较大而焊接性较差,焊接时容易产生高碳马氏体组织,容易产生焊接裂纹,因此在高碳钢焊接时,要合理选择焊接工艺,并及时采取相应措施,减少焊接裂纹的出现,提高焊接接头性能。
5. 无缝钢管焊接技术要点
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