低碳鋼焊接技術要點及缺陷分析

呂光順　邵光濤

【摘 要】低碳鋼板的焊接不同于其他鋼板的焊接。在焊接工藝的實施過程中，應針對低碳鋼板的厚度、化學成分和材料特性對焊接工藝控制進行專門的研究和分析，通過分析找出適合焊接工藝操作的方法和策略。

【關鍵詞】低碳鋼；焊接技術；要點；缺陷

中圖分類號：TU391 文獻標識碼：A

引言

隨著我國工業技術的不斷發展，由于低碳鋼具有良好的使用性能，低碳鋼的應用范圍也逐步增多。低碳鋼加工工藝中，焊接工藝是最為常見的，在焊接中低碳鋼會產生大量的熱量，散去后低碳鋼構件可能會出現變形現象，在當前我國焊接工作中無論是操作技術還是機械設備，相比較國外而言都較為滯后，所以低碳鋼極可能出現變形現象，會對低碳鋼構件產生一定的影響，也會影響使用性能。所以必須有效避免這一現象，找準構件變形的具體原因，才能夠找到最為合理的解決方法。

1焊接的工藝方法的選擇

從理論上講，一般常用的焊接方法都能用于低碳鋼的焊接。其中包括埋弧自動焊（SAW），氣體保護焊（GMAW），CO2氣體保護藥芯焊絲焊接（FCAW），手工電弧焊（SMAW）等。隨著焊接技術發展，低碳鋼化學品船液艙不銹鋼的焊接主要采用FCAW這一焊接方法。因此，選擇FCAW和傳統的SMAW兩種焊接方法作為本次試驗的研究重點。

2低碳鋼焊接技術要點

2.1焊接順序

低碳鋼焊接操作中應當重視焊接操作順序，如果難以根據順序進行操作，會對低碳鋼焊接產生極為嚴重的變形影響。在日常生活中低碳鋼材料的應用范圍廣泛，根據大部分案例都能夠證明焊接順序的重要意義。例如對低碳鋼焊接變形的影響而言，主要原因在于改變了焊接順序。例如前后操作出現顛倒現象，嚴重影響著低碳鋼構件，由于分布狀態和應力發生改變，所以低碳鋼出現了焊接變形現象?；蛘呤呛附禹樞蛞罁粔蚩茖W合理，在低碳鋼焊接過程中焊接變形現象的概率也會進一步加大，低碳鋼焊接操作過程中必須有效了解低碳鋼的功能與需求，可能會發生焊接變形的部位進行有效的焊接操作，例如構件如果有縫隙必須馬上開始焊接，如果縫隙在焊接前出現，重視焊接過程中的縫隙處理工作通過分段進行了解低碳鋼構件的焊接順序，才能夠有效控制焊接變形現象。雖然部分不銹鋼并不是共同焊接的，在超大型低碳鋼構件焊接過程中，由于難度較大是難以根據相關順序進行焊接，所以必須要考慮焊接過程中出現的變形情況，才能夠有效明確焊接順序。

2.2焊接過程

鋼構件固定與定位也會對低碳鋼變形產生嚴重的影響，低碳鋼焊接工作過程中定位是最重要的，固定則在第二重要位置。如果固定與定位位置出現偏差，并未根據相關標準操作及可能會導致低碳鋼構件的部分受力不勻產生現象，但是如果兩個步驟均出現誤差構建也難以使用，會產生極為嚴重的影響。根據當前行業的發展現狀，我們能夠看出由于低碳鋼固定和定位產生的焊接變形現象極為嚴重，問題的原因在于部分操作人員出現操作失誤，焊接經驗不足，并未根據相關的操作流程進行工作。

2.3焊接參數

這些參數影響主要體現在電流與電弧電壓中，應當確保低碳鋼焊接方法與順序，但是卻不能有效固定低碳鋼變形數值，所以在低碳鋼構件焊接過程中，焊接電流與構件大小有著密切的關系，如果低碳鋼構件越大，就應當應用較大的電流，為了進一步減少局部受熱現象，必須嚴格控制電流，將電流控制在合理的范圍內。

3低碳鋼焊接技術缺陷分析

3.1焊接缺陷產生的原因

3.1.1缺陷的種類

碳素鑄鋼與低合金高強結構鋼焊接的過程中存在的焊接缺陷有裂紋、氣孔、夾雜、未熔合及未焊透等，主要缺陷是焊接裂紋問題。裂紋可能是在焊縫中心的熱裂紋，也可能是在熱影響區的冷裂紋。

3.1.2原因分析

氣孔產生的原因主要是母材沒有清理干凈，或是焊材沒有很好的進行烘焙而造成的；夾雜主要是焊接操作過程中角度有問題，或層間清理不干凈造成；未熔合和未焊透可能是因為焊接速度過快，焊接工藝不合理而造成。裂紋的產生原因較為復雜，需要重點加以介紹。裂紋產生的原因：（1）材料因素鑄鋼因含碳量較高含雜質較多，在焊接熔池冷卻過程中產生低熔點共晶物，由于低熔共晶形成的液態薄膜削弱了晶粒間的聯結，在拉應力作用下產生熱裂紋；碳素鑄鋼因含碳量較高，碳當量也較高，焊接過程中熱影響區容易淬硬，在冷卻速度不當情況下極易產生冷裂紋。（2）設計因素焊接接頭或坡口設計不合理，會造成焊接過程中應力集中，或增加了母材在焊縫金屬中所占比例，或焊縫的成形系數不合理等，均會在焊接過程中產生裂紋。

3.2焊接缺陷的預防措施

（1）熔合比及焊縫成形系數設計合理的坡口形狀和幾何尺寸，規定適當的接頭裝配間隙，以降低母材在焊縫金屬中所占的比例，并控制每層的焊縫厚度，嚴格控制焊縫成形系數在合理范圍內。（2）焊接電流與焊接速度降低焊接電流，增大熔寬與熔深的比例；加快焊接速度，降低晶間偏析程度。（3）預熱溫度與層間溫度正確控制焊前的預熱溫度及多層焊的層間溫度，降低焊縫金屬的應變速率；焊前預熱還可降低冷卻速度，減小焊接熱應力，也是防止焊接接頭產生冷裂紋的最有效措施之一，預熱溫度需按鑄鋼側所需要的溫度執行。（4）焊后脫氫處理脫氫處理必須在焊后立即進行，否則就失去了脫氫處理的意義，推薦的脫氫處理溫度為300～400℃，時間為1～2h。（5）焊后低溫處理若焊前未進行預熱，可采用焊后低溫處理。焊后低溫熱處理是指焊接結束后將焊件或整條焊縫立即加熱到150～250℃的低溫范圍，并保持一定的時間。（6）焊接材料采用焊縫強度比母材低的焊接材料，可以增加焊縫塑性，降低接頭應力水平，提高整個焊接接頭的抗冷裂性能，俗稱低匹配。（7）控制氫的來源控制保護氣體純度、填充材料及鋼板表面的水分，要求高時，對焊接區周圍大氣的相對濕度也要加以控制。（8）選擇低氫的焊接方法（如CO2藥芯焊絲氣體保護焊等）。

結束語

隨著我國現代焊接技術的發展，對焊接工藝的操作和焊接參數的確定提出了新的要求。為了通過實施焊接工藝提高機電產品的焊接性能，還應分析焊接工藝的應用和焊接參數的確定。通過本研究，總結了機電產品焊接技術的設計與應用：一是焊前設備的選擇；二是焊接材料的應用；三是焊接工藝的設計。只有在焊接工藝操作過程中，根據以上步驟開展相關工作，才能充分優化焊接工藝的應用效果，保證最終的焊接質量。

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（作者單位：中車青島四方機車車輛股份有限公司）