碳钢的焊接性

碳素钢的焊接性随含碳量增加而恶化，因为含碳量较高的钢从焊接温度快速冷却下容易被淬硬。被淬硬的焊缝和热影响区因其塑性下降，在焊接应力容易产生裂纹。碳素钢被淬硬主要是在马氏体组织形成而引起，马氏体的数量受冷却速度影响，非常快的冷却速度可以产生100%的马氏体，从而可达到最高硬度。因此，焊接含砚较高的碳素钢时，就应当注意减缓冷却速度，使马氏体的数量减至最少。

焊接的冷却速度受焊接热输入、母材板厚和环境温度的影响。厚板或在低温条件下焊接，其冷却速度加快；预热或加大焊接线能量，可以降低冷却速度，减少裂纹产生。

碳素钢的碳含量增加到约0.15%以上时，对氢致裂纹尤其敏感。因此，焊接碳含量高于0.15%的碳素钢时，须注意减少氢的来源。例如大气中的水分，焊前对待焊部位及附近须清除油污、铁锈等。手弧焊时宜选用低氢焊条，在其它焊接方法中应制造低氢环境，以减少焊缝周围环境中的氢含量。

焊接碳素钢时产生裂纹的力学原因是结构的拘束力和不均衡的热应力。即使是不易淬硬的低碳钢，在受拘束力条件下采用了不正确的焊接程序，也会因这些应力过大而产生裂纹。

总之，对碳素钢的焊接，应针对其碳含量不同而采取相应的工艺措施。当含碳较低时，如低碳钢，应着重注意防止结构拘束应力和不均衡的热应力所引起的裂纹；当含碳量较高时，如高碳钢，除了防止因这些因为应力所引起的裂纹外，还要特别注意防止因淬硬而引起的裂纹。

焊接特点

低碳钢的含碳量低（≤0.25%），其它合金元素含量较少，故是焊接性最好的钢种。采用通常的焊接方法后，接头中不会产生淬硬组织或冷裂纹。只要焊接材料选择适当，便能得到满意的焊接接头。

用电弧焊焊接低碳钢时，为了提高焊缝金属的塑性、韧性、和抗裂性能，通常都是使焊缝金属的碳含量低于母材，依靠提高焊缝中的硅、锰含量和电弧所具有较高的冷却来达到与母材等强度。因此，焊缝金属会随着冷却速度的增加，其强度会提高，而塑性和韧性会下降。当厚板单层角焊缝时，焊角尺寸不宜过小；多层焊时，应尽量连续施焊；焊补表面缺陷时，焊缝应具有一定的尺寸，焊缝长度不得过短，必要时应采用100-150℃

的局部预热。

焊接材料

电弧焊用焊条

用于焊接结构的低碳钢多是Q235钢，其抗拉强度平均约417.5N/mm2,按等强度原则应选用E43××系列焊条,它的熔敷金属抗拉强度不小于420 N/mm2(43kgf /mm2),在力学性能上与母材恰好相匹配。

当焊接重要的或裂纹敏感性较大的结构时，常选用低氢型碱性焊条，如E4316、E4315、E5016、EE5015等。因这类焊条具有较好的抗裂性能和力学性能，其韧性和抗时效性能也很好。但这类焊条工艺性能较差，对油、锈和水份很敏感，焊前需在350-400℃下烘干1-2小时，并需对接头作彻底清理干净。所以对于一般的焊接结构，推荐选用工艺性能较好的酸性焊条，如E4303、E4313、E4320等。这些焊条虽然气体、杂质较高，焊缝金属的塑性、韧性及抗裂性不及碱性焊条，但一般都能满足使用性能要求。

焊接工艺要点

为确保低碳钢的焊接质量，在焊接工艺方面须注意：

1)焊前清除焊件表面铁锈、油污、水份等杂质，焊接材料焊前烘干。

2)角焊缝、对接多层焊的第一层焊缝以及单道焊乡要避免采用窄而深的坡口形式，

以防止出现裂纹、未焊透或夹渣等焊接缺陷。

3)焊接刚性大的构件时，为了防止产生裂纹，宜采用焊前预热和焊后消除应力的

措施。

4)在环境温度低于-10℃以下时焊接低碳钢结构时接头冷却快，为了防止产生裂

纹，应采取以下减缓冷却速度的措施：

a.焊前预热，焊时保持层间温度；

b.采用低氢型或超低氢型焊接材料；

c.点固焊时须加大焊接电流，适当加大点固焊的焊缝载面和长度，必要时焊前

也必须预热；

d.整条焊缝连续焊完，尽量避免中断。熄弧时要填满弧坑。

焊接特点

中碳钢含碳量较高，其焊接性比低碳钢差．当Ｗ（Ｃ）接近下限（０.２５％）时焊接性良好，随着含碳量增加，其淬硬倾向随之增大，在热影响区容易产生低塑性的马氏体组织。当焊件刚性较大或焊接材料、工艺参数选择不当时，容易产生冷裂纹。多层焊焊接第一屋焊缝时，由于母材金属熔合到焊缝中的比例大，使其含碳量及硫、磷含量增高、容易产生热裂纹。此外，碳含量高时，气孔敏感性增大。

焊接材料

应尽量选用抗裂性能好的低氢型焊接材料。焊条电弧焊时，若要求焊缝与母材等强度，宜选用强度级别相当的低氢型焊条；若不要求等强度时，则选用强度级别比母材低一级的低氢型焊条，以提高焊缝的塑性、韧性和抗裂性能。

如果选用非低氢型焊条进行焊接，则必须在严格的工艺措施配合，如控制预热温度、

减少母材的熔合比等。

当工件不允许预热时，可选用塑性优良的铬镍奥氏体不锈钢焊条。这样可以减少焊接接头应力，避免热影响区冷裂纹产生。

①用铬-镍奥氏体不锈钢焊条时，预热温度可降低或不预热。

焊接工艺要点

1)预热和层间温度预热是焊接和焊补中碳钢防止裂纹的有效工艺措施。因为预热可降低焊缝金属和热影响区的冷却速度、抑制马氏体的形成。预热温度取决于碳含量、母材厚度、结构刚性、焊条类型和工艺方法等，最好是整体预热，局部预热，其加热范围应为焊口两侧150～200mm左右。

多层焊时，要控制层间温度，一般不低于预热的温度。

2)浅熔深为了减少线材金属熔入焊缝中的比例,焊接接头可做成U型或V型坡口。如果是焊补铸件缺陷，所铲挖的坡口外形应圆滑，多层焊时应采用小焊条，小焊接电流，以减少熔深。

3)焊后处理最好是焊后冷却到预热温度之前就进行消除应力热处理，尤其是大厚度工件或大刚性的结构件更应如此。消除应力热处理温度一般在600～650℃之间。如果焊后不能立即消除应力热处理，则应先进行后热，以便扩散氢逸出。后热温度150℃

保温2小时。

4)锤击焊缝金属没有热处理消除焊接应力的条件时，可焊接过程中用锤击热态焊缝的方法减小焊接应力，并设法使焊缝缓冷。

焊接特点

含碳量w（C）＞0.6％的高碳钢淬硬性高、很容易产生又硬又脆的高碳马氏体。在焊缝和热影响区中容易产生裂纹，难以焊接。帮一般都不用这类钢制造焊接结构，而用于制造高硬度或耐磨的部件或零件，对它们的焊接多数是破损件的焊补修理。

高碳钢零、部件的高硬度或高耐磨性能是通过热处理获得，因此焊补这些零、部件前应先行退火，以减少焊接裂纹，焊后再重新进行热处理。

焊接材料

按焊缝性能要求来选用高碳钢的焊接材料，要求达到与线材完全相同的性能是比较难的。在焊条电弧焊情况下，当要求强度高时，可选用E7015（J707）或E6015（J607）焊条；要求低时，选用铬、镍奥氏体不锈钢焊条，如E309-16（A302）、E309-15（A307）等，这时预热温度可降低或不需预热。

焊接要点

高碳钢焊接性差，焊接时性必须注意：

1)应先退火而后焊接；

2)采用结构焊条时，焊前必须预热，预热温度和层间温度应在350℃以上；

3)采取与焊接中碳钢相似的工艺措施，尽量减少熔合比、小焊接电流、低焊接速

度，焊接尽可能连续进行，中间不停止；

4)焊后缓冷，并应立即送入炉中进行消除应力的高温回火，随后根据需要作相应

的热处理。

合金结构钢及其分类

合金结构钢是在碳素钢的基础上有目的地加入一种或几种合金元素的钢。常用的合金元素有：锰、硅、铬、镍、钼、钨、钒、钛、硼等。加入合金元素可使钢的性能产生预期的变化，如提高其强度，改善其韧性，或使其具有特殊的物理、化学性能，如耐热性各耐蚀性等。

合金结构钢的应用领域很广，种类繁多，可化学成分、合金系统、组织状态、用途