碳素钢的焊接

• 3.坡口制备 • 中碳钢焊接时为了限制焊缝金属中碳的质量分数，应减小熔合比，所
以一般采用U形或V形坡口，并注意将坡口及两侧20mm范围内的油 污、铁锈等污物清理干净。
上一页 下一页 返回
2.3 中碳钢的焊接
• 4.预热与后热 • 中碳钢焊接时大Baidu Nhomakorabea需要预热和控制道间温度，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，提高接头的塑性，减小残余应 力。预热温度取决于碳当量、母材厚度、结构刚度和焊条类型等，见 表2-5。 • 中碳钢焊后应立即进行消除应力热处理，热处理温度一般为 600℃~650 ℃~不能立即进行热处理的，也应至少在冷却到预热温度 或道间温度之前进行，特别是在工件厚度和结构刚度较大时更应如此。 有时进行后热，以便扩散氢逸出。
• 1.焊接方法 • 如前所述，高碳钢焊接主要是高硬度、高耐磨性部件、零件和工具的
焊接与修复，所以主要的焊接方法是焊条电弧焊和钎焊。 • 2.焊接材料 • 高碳钢焊接一般不要求接头与母材等强度。焊接材料根据钢中碳的质
量分数、结构特点和使用条件来选择。
上一页 下一页 返回
2.4 高碳钢的焊接
• 3.施焊工艺要点 • (1)高碳钢零件一般经过淬火+回火的热处理，因此焊接之前要先行退
氏体组织，所以淬硬倾向和冷裂纹倾向都很大。 • (3)高碳钢导热性比低碳钢差，在焊接高温下晶粒长大快，且碳化物
容易在晶界上集聚、长大，使焊缝脆性增大，从而使接头强度降低; 同时在接头中引起的内应力一也较大，更容易促使裂纹的产生。
下一页 返回
2.4 高碳钢的焊接
• 二、高碳钢的焊接工艺要点
• 为了获得高硬度和耐磨性，高碳钢零件一般都经过热处理，常为淬火 +回火，因此，焊接前应进行退火，可以减少裂纹倾向，焊后再进行 热处理，以达到高硬度和耐磨要求。
• (4)焊接方法选择不当当采用大线能量焊接时，容易使焊接热影响区 的粗晶区晶粒过于粗大，从而降低接头的冲击性能。
• 二、低碳钢的焊接工艺
• 1.焊接方法 • 低碳钢焊接性良好，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，焊条电弧焊、埋弧焊、氢弧焊、二氧化碳气体 保护焊、药芯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。
中碳钢。
下一页 返回
2.1 认识碳素钢
• (2)碳素工具钢 主要用于制造各种加工工具，如刃具、量具和模具， 般属于高碳钢。
• 3.按钢的质量等级分类 • 其主要是根据钢中S, P等杂质元素的含量分，可分为如下几类 • (1)普通质量碳素钢ωS≤0.045%， ωP≤ 0.045% • (2)优质碳素钢ωS≤ 0. 040%， ωp≤ 0. 040 % • (3)高级优质碳素钢 ωS ≤0. 030 %， ωP≤ 0.030% • 4.按冶炼方法分 • 按冶炼方法可分为平炉钢、转炉钢和电炉钢。其中，转炉钢又可分为
上一页 下一页 返回
2.3 中碳钢的焊接
• 对强度不做要求的中碳钢工具、模具等，一般是通过热处理来达到所 要求的高硬度和高耐磨性。需要焊接时要考虑其焊前状态:如果是在 退火状态下(热处理前)焊接，选用焊条则必须要使焊缝金属与母材化 学成分接近，以使焊后经热处理的焊缝金属达到与母材性能相同;如 果是在热处理后的部件上焊接，则要选择低氢焊条，并采取相应的工 艺措施，以防止裂纹和热影响区软化。
上一页 返回
图2-1 GB700-88对普诵碳素结构钢牌 号的表示说明
返回
表2-1 各种专门用徐碳素结构钢的化 学成分
下一页
表2-1 各种专门用徐碳素结构钢的化 学成分（续）
返回
表2-3 焊接低碳钢常用的焊接材料
下一页 返回
2.3 中碳钢的焊接
• 总之，中碳钢的焊接性较差，且随碳的质量分数增加而越来越差，焊 接时的主要问题是冷裂纹、热裂纹、气孔和脆断，有时还会存在热影 响区强度降低。钢中杂质越多、结构刚性越大，问题就越严重。
• 因此，中碳钢一般不用作焊接结构材料，而是用作机器部件和工具较 多，多利用其坚硬耐磨的性能，而非利用其高强度。这种坚硬耐磨性 能通常是经过热处理来达到的，因此焊接时要注意母材的热处理状态。 如果对已经过热处理的部件进行焊接，则必须采取措施防止裂纹产生; 如果是焊后再进行热处理，而要求热处理后接头与母材性能相匹配， 则必须注意选择焊接材料。
氧气转炉钢和碱性空气转炉钢。
上一页 下一页 返回
2.1 认识碳素钢
• 5.按钢材脱氧程度的不同分 • 按钢材脱氧程度的不同可分为沸腾钢、半镇静钢和镇静钢。
• 二、碳素钢的牌号、性能及应用
• 1.普通碳素结构钢 • 普通碳素结构钢含碳量较低，有害杂质和非金属夹杂物较多，但因易
于冶炼，价格低、工艺性好，性能基本能满足一般工程构件的要求， 因而在工程上用量很大，这种钢一般不用热处理或热处理较简单，可 直接切削加工后使用。普通碳素结构钢一般在热轧空冷状态下使用。 • 普通碳素结构钢以屈服强度表示钢的牌号，冠以字母“Q;，有Q195、 Q215、Q235、Q255及Q275几种，以钢中的杂质元素S、P含量的高 低来划分质量等级。
• (1)低碳钢母材成分不合格当含碳量过高(接近上限)，硫、磷含量过高， 焊接时也可能出现裂纹。
• (3)采用旧冶炼方法生产的低碳转炉钢这种钢的氮含量高，杂质较多， 冷脆性和时效敏感性大，焊接接头质量低，焊接性较差。
下一页 返回
2.2 低碳钢的焊接
• (3)低碳沸腾钢此类钢脱氧不完全，硫、磷等杂质局部偏析较大，时 效敏感性、冷脆敏感性和热裂纹倾向较大，因而一般不宜用作承受动 载或严寒(-20℃)工作的重要焊接结构。
上一页 下一页 返回
2.3 中碳钢的焊接
• 2.焊接材料 • 一般情况下，选用去硫能力强，熔敷金属扩散氢含量低，塑、韧性较
好的低氢型焊条;在要求焊缝金属与母材等强度时，选相应级别的低 氢焊条，在不要求等强度时，选用强度级别低于母材的低氢焊条。例 如，焊接强度级别为490 MPa的母材，可选择E4315、E4316焊条， 切不可选择强度级别比母材高的焊条 • 如果焊接时母材不允许预热，为了防止热影响区冷裂纹可选择奥氏体 不锈钢焊条，以获得塑性好、抗裂能力强的奥氏体组织焊缝金属，用 于焊接中碳钢的奥氏体不锈钢焊条有E308-15 (A107)、E308-16 (A102)、E309-15 (A307 )、E309-16 (A302)、E310-15 (A407)和 E310-16 (A402)等。
上一页
返回
2.2 低碳钢的焊接
• 一、低碳钢的成分特点与焊接性
• 低碳钢中碳的质量分数较低，硅、锰含量又较少，强度不高，塑韧性 好。通常情况下，不会因焊接而引起严重的硬化组织和淬火组织，焊 接接头的塑性和冲击韧度一也很好，焊接性良好。焊接时一般不需预 热、控制层间温度和后热，焊后也不必进行热处理。但在以下情况时， 低碳钢焊接时也会出现问题。
分为以下三种。 • (1)低碳钢塑性、韧性、焊接性好，主要用于轧制薄板、钢带、型钢、
钢丝等，其中08F用于冲压件，15、20、20Mn用做渗碳钢，可制造 表层硬度高，心部强度要求不高的渗碳件。
上一页 下一页 返回
2.1 认识碳素钢
• (2)中碳钢(0.25% ≤ ωC≤0.60%)强度比低碳钢高，塑性韧性比低碳钢 低，经过调质处理后可用于制造轴类零件，其中45钢应用最)’一。
上一页 返回
2.3 中碳钢的焊接
• 一、分析中碳钢的成分特点与焊接性
• 中碳钢ωC = 0. 25%~0. 60%。当ωC接近下限时，而锰含量不高时， 焊接性良好。随ωC的增加，其强度和硬度提高，塑性和韧性变差， 淬硬性加大，母材近缝区易产生低塑性的淬硬组织，在焊接应力的作 用下容易产生冷裂纹和脆断;同时当母材熔化后进入焊缝区，使焊缝 中的碳含量增加，易产生热裂纹和增加气孔的敏感性;另外在物理性 能方面，中碳钢比低碳钢线膨胀系数略大，热导率稍低，这一也就增 加了中碳钢焊接时的热应力和过热倾向。
上一页 下一页 返回
2.2 低碳钢的焊接
• 2.焊接材料 • 低碳钢焊接时选择焊接材料应遵循等强匹配的原则，一也就是根据母
材强度等级及工作条件来选择焊接材料。表2 -3列出了焊接低碳钢常 用的焊接材料。 • 3.低碳钢施焊工艺要点 • 低碳钢焊接一般不需要特殊的工艺措施。但在对工件厚度较大或环境 温度较低的低碳钢结构进行焊接时，会因冷速加快而导致接头裂纹倾 向增加。因此，在寒冷冬天焊接刚性大的结构时，应当引起注意，焊 缝有可能产生裂纹，焊接时应采取相应的工艺措施。 • ①焊前预热，焊接时保持道间温度。预热温度可根据实践经验和试验 结果确定，不同产品的预热温度有所不同，见表2-4。
上一页 下一页 返回
2.1 认识碳素钢
• GB700-88对普通碳素结构钢牌号表示如图2-1所示。 • 2.优质碳素结构钢 • 优质碳素结构钢主要用于制造各种机械零件，要求能满足机械零件承
受动载荷的要求，一般这类钢都要经过热处理，以提高其机械性能。 • 优质碳素结构钢中S、P的含量较低，杂质一也少，按含碳量范围可
上一页 返回
2.4 高碳钢的焊接
• 一、分析高碳钢的成分特点与焊接性
• 高碳钢中碳的质量分数ωC >0.6%,焊接性很差，在实际中不用做焊接 结构，一般是用做工具钢和铸钢，用于要求高硬度和高耐磨性的部件、 零件和工具，所以高碳钢的焊接大多为修复性焊接。其特点如下。
• (1)由于碳的质量分数更大，因此焊接时比中碳钢更容易产生热裂纹。 • (2)高碳钢对淬火更加敏感，焊接时热影响区极易产生脆硬的高碳马
上一页 下一页 返回
2.3 中碳钢的焊接
• 二、中碳钢的焊接工艺要点
• 1.焊接方法 • 中碳钢焊接性较差，一般用作机器部件，其焊接一般是修补性的，所
以焊接中碳钢最合适的焊接方法是焊条电弧焊。 • 从焊接方法的特点上来讲，埋弧焊适合焊接具有一定淬硬倾向的中碳
钢，并且对预热和后热要求不严格，因为埋弧焊的热输入大、熔敷速 度快、加热面积大、冷却速度慢，因此淬硬倾向小;如果焊剂经严格 烘干、焊接区严格清理，则可获得含氢量很低的焊缝金属，这对焊接 中、高碳钢是很有利的。
上一页 下一页 返回
2.2 低碳钢的焊接
• ②采用低氢或超低氢型焊接材料，使用前经过350℃~400℃烘干1 h。 • ③定位焊时加大电流，减慢焊速，适当增大定位焊缝截面和长度，必
要时适当预热。 • ④连续施焊整条焊缝，避免中断。 • ⑤在坡口内引弧，避免擦伤母材，注意熄弧时填满弧坑。 • ⑥不在低温下进行成形、矫正和装配。 • ⑦尽可能改善严寒的劳动条件。
• (3)高碳钢(ωC> 0. 60%)有较高的强度、硬度和耐磨性，多用于生产易 磨损件和弹簧等。优质碳素结构钢的牌号以两位数表示含碳量的万分 数，钢中含锰量较高(ωMn 0. 8%~1. 2%)时，则在数字后加Mn。
• 3.专门用途碳素结构钢 • 与焊接关系密切的专门用途碳素结构钢的化学成分见表2-1。
第2章 碳素钢的焊接
• 2.1 认识碳素钢 • 2.2 低碳钢的焊接 • 2.3 中碳钢的焊接 • 2.4 高碳钢的焊接
返回
2.1 认识碳素钢
• 一、碳素钢材分类
• 碳素钢的种类多，分类方法一也多。 • 1.按钢中的碳含量分类 • ①低碳钢ωC< 0. 25%。 • ②中碳钢0. 25%≤0. 60%。 • ③高碳钢ωC > 0. 60%。 • 2.按钢的用途分类 • (1)碳素结构钢 主要用于制造机械零件和工程结构，一般属于低、
火，以减小裂纹倾向。 • (2)采用结构钢焊条焊接时，焊前必须预热，预热和道间温度控制在
250 ℃ ~350℃以上 • (3)采取与中碳钢相同的焊接工艺措施，如减小熔合比、小电流、低
焊速焊接，整个工件应连续施焊完成，并采取措施减小内应力。 • (4)焊后将焊件立即放人炉中，在650℃保温，进行消除应力热处理
上一页 下一页 返回
2.2 低碳钢的焊接
• ⑧焊后要注意缓冷，一般不需要消除应力回火。但Q235A、20R制作 的压力容器，当板厚大于38mm时，应将焊件均匀加热到550℃~650 ℃ ，保温一段时间随炉均匀冷却至300℃~400 ℃ ，再出炉空冷，进 行消除应力处理。
• 上述措施可单独使用，有时需要综合使用。