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中碳钢这么难焊,应该怎么焊呢?

2017-9-7 22:53| 发布者: IfYouRemberMe| 查看: 978| 评论: 2

摘要: 中碳钢是指含碳量0.25%~0.60%的碳素钢,包括优质碳素结构中的30、35、45、50、55等和铸造碳钢中的ZG230-450、ZG270-500、ZG310-570、ZG340-640等钢种。由于中碳钢的含碳量比低碳钢高,其焊接性比低碳钢差。当碳的质 ...

中碳钢是指含碳量0.25%~0.60%的碳素钢,包括优质碳素结构中的30、35、45、50、55等和铸造碳钢中的ZG230-450、ZG270-500、ZG310-570、ZG340-640等钢种。由于中碳钢的含碳量比低碳钢高,其焊接性比低碳钢差。当碳的质量分数接近0.30%而含锰量不高时,焊接性尚好,但随着含碳量的增加,焊接性逐渐性明显变差。当碳的质量分数达到0.50%左右时,焊接性明显变差。

一、焊接中碳钢易出现的问题及工艺措施

焊接中碳钢时容易发生的问题如下:

1、冷裂纹问题

由于钢材的含碳量较高,焊接时热影响区很容易产生硬脆的马氏体组织,因此容易产生冷裂纹。如果焊接材料选用不当或焊接工艺制定不当,焊缝也容易产生冷裂纹。

2、热裂纹问题

焊接时,含碳量较高的母材熔化后,也会把碳带入焊缝中,使焊接中碳的含量增高。碳能加剧金属中硫、磷等引发热裂纹的作用,因此焊接中碳钢时焊缝容易产生热裂纹。特别是当母材或焊接材料中硫、磷含量控制不严时,更容易产生热裂纹。

此外,钢中碳的含量高,也使焊接缝产生CO气孔的倾向增大。

工艺措施

由于中碳钢焊接时容易产生冷裂纹、热裂纹等缺陷,因此焊接时需要采取一些特殊的工艺措施才能正常焊接。

1、焊接方法

各种电弧焊方法均可用于焊接中碳钢。由于中碳钢多用于制造机器零件,并非大型焊接结构,所以生产中焊条电弧焊方法应用的最多。

2、焊接材料

为了防止焊接接头产生冷裂纹和热裂纹,焊条电弧焊时通常都采用低氢焊条焊接。低氢焊条不仅使焊缝中含氢量较低,而且具有一定的脱硫、磷作用,能提高焊缝的塑性和韧性。当钢中碳的含量较低且接头拘束度不大时,也可采用钛铁矿型或钛钙型焊条焊接,但一定要采取严格的工艺措施相配合,例如尽量减少熔合比、对焊件严格预热和控制层间温度等。如果焊件不能预热,也可有采用铬镍奥氏体不锈钢焊条焊接,

例如E308L-16(A102)、E308L-15(A107)、E309-16(A302)、E309-15(A307)、E310-16(A402)、E310-15(A407)等。

3、 预热温度和层间温度

焊前预热是焊接中碳钢时防止产生裂纹最有效的工艺措施。预热不仅能降低接头的冷却速度,从而防止产生马氏体,而且能减少焊接应力和加速氢的扩散逸出。大多数情况下都需要预热和保持层间温度。预热温度和层间温度的选择取决于钢材的碳当量、母材的厚度、结构的刚性、焊条的类型等。预热温度可通过焊接性试验来确定,也可通过经验公式T0=550(C-0.12)+0.4δ确定,式中T0表示预热温度(℃),C表示所焊母材的碳的质量分数(%),δ表示钢板厚度(mm)。

30、35、45钢焊接时的预热温度和层间温度可参表1。

中碳钢这么难焊,应该怎么焊呢?

4、坡口型式

焊件最好开U形或V形坡口,这样可以减少母材金属熔入焊缝的比例。如果是焊补铸件缺陷,铲挖出的坡口外形应圆滑,以减少母材熔入焊缝的量。

5、焊接参数

焊接宜采用直流反极性电源。多层焊时,由于母材溶化到第一层焊缝中的比例(质量分数)最高可达30%左右,因此宜采用小直径焊条、小电流、慢焊接速度焊接。

6、焊后热处理

焊后,焊件最好立即进行消除应力热处理。特别是对于大厚度焊件、大刚性结构件和在动载荷或冲击载荷下工作的焊件。

消除应力回火的温度一般为600~650℃。

如果焊后不能立即进行消除应力热处理,则应进行后热,即进行略高于预热温度的加热,保温时间为大约每10mm厚度1h。

二、典型中碳钢焊接工艺汇编

(一)35钢与ZG270-500铸造碳钢

35碳钢的质量分数为0.32%~0.39%,ZG270-500铸造碳钢碳的质量分数为0.31%~0.40%。碳当量约为0.45%,因此这类钢的焊接性尚可。但焊接时热影响区仍有可能产生硬脆的马氏体组织,有产生裂纹的倾向,所以焊接这类钢时应采取一定的工艺措施。

1、焊接材料的选用

焊条电弧焊时,当要求焊缝与母材等强度时,可选用E5016(J506)或E5015(J507)焊条焊接;当不要求焊缝与母材等强度时,可选用E4316(J426)、E4315(J427)、E4303(J422)、E4310(J423)等焊条焊接。

埋弧焊时,焊剂可选用HJ430、HJ431;焊丝可选用H08MnA、H10Mn2等。

电渣焊时,焊剂可选用HJ430、HJ431、HJ360;焊丝可选用H10Mn2、H08Mn2Si、H08Mn2SiA等。

2、 预热温度和层间温度

焊接35钢和ZG270-500铸造钢时,通常焊件的预热温度和层间温度为150℃左右,当焊件刚性比较大时,预热温度和层间温度应提高到200~250℃。

局部预热的加热范围为坡口两侧150~200mm。

3、 焊后热处理

对于大厚度焊件,大刚性结构件和工作条件为动载荷或冲击载荷的焊件,焊后宜立即进行消除应力回火处理,回火温度一般为600~650℃。

对于一般厚度的焊件可采用后热,以使扩散氢逸出。

后热温度一般为200~350℃,保温时间为2~6h,视焊件厚度而定。

(二)45钢与ZG310-570铸造碳钢

45钢碳的质量分数为0.42%~0.5%,ZG310-570铸钢碳的质量分数为0.41%~0.50%。碳当量约为0.56%,淬硬倾向比较大,容易产生裂纹,焊接性比较差。

1、焊接材料的选用

焊条电弧焊时,尽量选用低氢型焊条,当要求焊缝与母材等强度时,可选用E5516-G(J556)、E5515-G(J557)焊条;当不要求焊缝与母材等强度时,可选用E4316(J426)、E4315(J427)、E5016(J506)、E5015(J507)、E4303(J422)、E4301(J423)等焊条。

埋弧焊时,焊剂可选用HJ350或SJ101,焊丝可选用H08MnMoA。

2、焊接参数的选择

焊接45钢和ZG310-570铸造碳钢,应选用较小的焊接电流,以降低焊缝的熔合比,减少母材中碳向焊缝中过渡的数量。

3、 预热温度和层间温度

焊接这类钢,焊前最好采取整体预热,预热温度为200℃以上。

对于T形接头,由于比平对接头散热方向多,会导致焊接接头冷却加快,增加产生冷裂纹倾向,预热温度应适当提高,预热温度为250~400℃,视焊件厚度而定。

层间温度不应低于预热温度。

4、焊后热处理

焊件焊后应立即进行消除应力回火处理,回火温度为600~650℃。


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