焊前预热及焊后热处理标准

基础知识

含碳量为0.25%～0.6%的碳素钢称为中碳钢，强度、硬度比低碳钢高，而塑性和韧性低于低碳钢。可不经热处理，直接使用热轧材、冷拉材，亦可经热处理后使用。淬火、回火后的中碳钢具有良好的综合力学性能。所以在中等强度水平的各种用途中，中碳钢得到最广泛的应用，除作为建筑材料外，还大量用于制造各种机械零件，如图9-4、9-5所示。

图9-4  中碳钢建筑结构件

图9-5  中碳钢机械零件

任务实施

中碳钢的焊接性

1.中碳钢的焊接性

中碳钢与低碳钢相比较，含碳量较高，因此其强度也较高，焊接性较差。

（1）焊缝金属易产生热裂纹 中碳钢含碳量较高，液—固相区间较大，偏析较严重，产生热裂纹的倾向增大。

（2）热影响区易产生冷裂纹 中碳钢焊接时，在热影响区易产生塑性很低的淬硬组织（马氏体），含碳量越高，淬硬倾向越大。当板材较厚、刚性较大时，在热影响区易产生冷裂纹。当焊缝金属的含碳量较高时，也有产生冷裂纹的可能。

2.中碳钢的焊接工艺

（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。中碳钢的焊接有时也可以采用其他的焊接方法，这主要根据设计要求和具体情况而定，比如二氧化碳气体保护焊等。

（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，防止裂纹和热影响区软化。选用二氧化碳气体保护焊时，30、35号钢焊丝一般选用H08Mn2Si A、H04Mn2Si Ti A和H04Mn Si Al Ti A。

（3）焊接工艺要点

①焊前准备：一是焊条在使用前应按规定温度进行烘干、保温。二是补焊前待焊处的缺陷彻底清除掉，认真清理待焊部位工件表面，去除铁锈、油污、水分等杂质。需要定位焊时，焊缝不宜过小。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20 mm范围内的油污、铁诱等污物清理干净。

②预热与后热：中碳钢焊接时大多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，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。中碳钢焊后应立即进行消除应力热处理，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。常用中碳钢焊接的焊条、预热温度及焊后热处理温度见表9-3。

③施焊：焊接中碳钢时，尽量采用窄焊道、短弧焊操作方法。如果是多层焊，前几层焊缝应采用小直径焊条，小焊接电流，以减少母材的熔深，但要熔透。中间层可用较高的线能量来完成。最后一道或几道盖面焊缝尽可能全部熔敷在前一层已熔敷的焊缝金属上，这种做法对原熔敷焊道的热影响区，特别是处在母材中的热影响区起到回火作用，降低该区的硬度和脆性，防止焊后热处理前产生裂纹。

表9-3 常用中碳钢焊接的焊条、预热温度及焊后热处理温度

拓展提高

45号钢的焊接工艺

1.预热

预热有利于降低中碳钢热影响区的最高硬度，防止产生冷裂纹，这是焊接中碳钢的主要工艺措施，预热还能改善接头塑性，减小焊后残余应力。通常，35钢和45钢的预热温度为150℃～250℃，含碳量再高或者因厚度和刚度很大，裂纹倾向大时，可将预热温度提高至250℃～400℃。若焊件太大，整体预热有困难时，可进行局部预热，局部预热的加热范围为焊口两侧各150～200 mm。

2.焊条

条件许可时优先选用碱性焊条。

3.坡口

坡口形式将焊件尽量开成U形坡口式进行焊接。如果是铸件缺陷，铲挖出的坡口外形应圆滑，其目的是减少母材熔入焊缝金属中的比例，以降低焊缝中的含碳量，防止裂纹产生。

4.焊接工艺参数

由于母材熔化到第一层焊缝金属中的比例最高达30%左右，所以第一层焊缝焊接时，应尽量采用小电流、慢焊接速度，以减小母材的熔深。

5.焊后热处理

焊后最好对焊件立即进行消除应力热处理，特别是对于大厚度焊件、高刚性结构件以及严厉条件下（动载荷或冲击载荷）工作的焊件更应如此。消除应力的回火温度为600℃～650℃。