二、中碳钢的焊接
1．中碳钢的焊接性
中碳钢一般是指含碳量在0.03%～0.06%之间的碳钢，其力学性能见表5－7，当含碳量接近低限时，焊接性能较好，随着含碳量的增加，焊接性逐渐变差。
(1)中碳钢的热影响区容易产生淬硬的马氏体组织，含碳量越高，工件越厚，淬硬倾向越明显，如果焊接材料或工艺参数选择不当，容易产生冷裂纹。
(2)焊缝的含碳量较高，容易产生热裂纹，当S等杂质控制不严时，更容易在弧坑处产生裂纹。
(3)中碳钢既可以做高强度的结构件，也可以做坚硬耐磨的机械部件。对于焊接前经过热处理的工件，在焊接时必须采取一定措施防止裂纹的产生;对于需要焊后热处理的工件，要求选好焊接材料，保证热处理后焊缝与母材性能匹配。
表5－7 常用中碳钢力学性能
2．焊前预热
预热是焊接和焊补中碳钢的主要工艺措施。预热方法有整体预热和局部预热。整体预热除了有利于防止裂纹和淬硬组织外，还能有效地减小焊件的残余应力。
预热温度的选择与含碳量、焊件尺寸、刚度和材料厚度有关。一般预热温度为150～300℃，含碳量高，焊件厚度和结构刚度大时，预热温度可达到400℃。
3．焊条的选择
尽量选用低氢型碱性焊条，该类焊条的抗裂纹能力较强，在个别情况下，也可采用钛铁矿型或钛钙型焊条，但一定要有严格的工艺措施配合，例如，认真控制预热温度和尽量减少母材熔深，减少焊缝的含碳量，方能有满意的结果。
特殊情况下，亦可采用铬镍奥氏体不锈钢焊条，这时不需预热，而焊缝奥氏体金属塑性良好，可以减少焊接接头应力，避免热影响区冷裂纹的产生。用于中碳钢焊接的铬镍不锈钢焊条牌号有E308－16(A102)、E308－15(A107)、E309－16(A302)、E309－15(A307)、E310－16(A402)、E310－15(A407)等。如果选用碳钢焊条或低合金钢焊条，而焊缝与母材并不要求等强时，可以选用强度等级稍低的低氢焊条。通常，焊条强度等级可以比母材强度等级低一档，例如，母材为490MPa级，则焊条可用E4316(J426)或E4315(J427)，以代替E5016(J506)和E5015(J507)。中碳钢焊接时的焊条选择可参考表5－8。
表5－8 焊接中碳钢选用的焊条
4．层间温度及回火温度
大多数情况下，中碳钢焊接需要预热和控制层间温度，以降低焊缝和热影响区冷却速度，从而防止产生马氏体。预热温度取决于碳当量、母材厚度、结构刚性、焊条类型和工艺方法等。通常，35号和45号钢预热温度可为150～250℃，含碳量增加或厚度大和刚性大，则预热温度可在250～400℃。焊后最好立即进行消除应力热处理，特别是大厚度工件、大刚性结构件和苛刻的工况条件下(例如动载荷或冲击载荷)工作的工件更应如此。消除应力回火温度一般为600～650℃。如果不可能立即消除应力，也应当后热，以便扩散氢逸出。后热温度不一定与预热温度相同，视具体情况而定。后热保温时间大约每10mm厚度为1h左右。
焊件在焊接过程中的层间温度及焊后回火处理温度，与焊件含碳量多少、焊件厚度、焊件刚度及焊条类型有关，常用的中碳钢焊接层间温度及回火温度见表5－9。
表5－9 常用的中碳钢焊接时层间温度及回火温度
5．焊接工艺要点
①选用较细的焊条，通常直径为3.2～4.0mm。
②焊接坡口尽量开成U形，以减少母材的熔入量。
③焊后尽可能缓冷。
④焊接过程中，宜采用锤击焊缝金属的方法减少焊接残余应力。
⑤采用局部预热时，坡口两侧加热范围为150～200mm。
⑥焊接过程中宜采取逐步退焊法和短段多层焊法。
⑦采用直流反接电源。
⑧在焊条直径相同时，焊接电流比焊接低碳钢时小10%～15%。
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