钢的焊接性与中碳钢焊接操作

职业考试资料汇总1/1钢的焊接性与中碳钢焊接操作钢的焊接性1.焊接性概念金属的焊接性是指金属材料对焊接加工的适应性，主要是指在一定的焊接工艺条件下获得优质焊接接头的难易程度。它包括2

个方面的内容∶（1）接合性能

即在一定的焊接工艺条件下，一定的金属形成焊接缺陷的敏感性。（2）使用性能

即在一定的焊接工艺条件下，一定金属的焊接接头对使用要求的适应性。2.影响焊接性的因素金属材料的焊接性主要取决于材料的化学成分，而且与工件结构的复杂程度、刚性、使用条件及采用的焊接方法、焊接工艺条件等也有密切关系。（1）材料因素

材料因素包括焊件本身和使用的焊接材料（如焊条电弧焊时的焊条、埋弧自动焊时的焊丝和焊剂、气体保护焊时的焊丝和保护气体等）。它们在焊接时都参与熔池或半熔化区内的冶金过程，直接影响焊接质量。焊接材料选用不当时，会使焊缝金属化学成分不合格，力学性能和其他使用性能降低，还会出现气孔、裂纹等缺陷。由此可见，根据焊件正确选用焊接材料是保证焊接性良好的重要环节，必须十分重视。（2）工艺因素

当同一焊件采用不同的焊接工艺方法和工艺措施时，所表现的焊接性也不同。例如，钛合金对氧、氮、氢极为敏感，如果采用气焊和焊条电弧焊，其焊接性就不好;由于氩弧焊或真空电子束焊能防止氧、氮、氢等侵入焊接区，因此采用这两种焊接方法焊接钛合金就比较容易。焊接方法对焊接性的影响首先表现在焊接热源能量密度、温度及热输入量等方面。例如，为了防止具有过热敏感特点的高强钢焊接时出现过热，应对其采用窄间隙焊接、等离子弧焊接、电子束焊接等方法，以改善焊接性。又如，为了防止灰铸铁焊接时产生白口组织，应选用气焊、电渣焊等焊接方法，以改善焊接性。工艺措施对防止焊接接头缺陷、提高使用性能也有重要的作用。例如，焊前预热、焊后缓冷和去氢处理等可以比较有效地防止热影响区淬硬变脆，降低焊接应力，避免氢致冷裂纹等。又如，合理安排焊接顺序能减小应力变形等。（3）结构因素

焊接接头的结构直接影响应力状态，从而对焊接性发生影响。因此，应使焊接接头处于刚度较小的状态，能够自由收缩，以防止焊接裂纹的产生。缺口、截面突变、焊缝余高过大、交叉焊缝等都易引起应力集中，要尽量避免。焊件厚度或焊缝体积增大，会产生多向应力，应尽量避免。（4）使用环境

焊接结构的使用环境多种多样，有高温或低温环境、充满腐蚀介质的环境、静载或动载的工作环境等。高温工作时，可能产生蠕变;低温工作或冲击载荷工作时，容易发生脆性破坏;在腐蚀介质下工作时，接头要求具有耐腐蚀性。总之，使用环境越差，焊接性就越不容易保证。3.焊接性的间接判断法钢材的化学成分是决定焊接热影响区是否淬硬的基本条件。在钢材的各种化学元素中，对焊接性影响最大的是碳。碳是引起淬硬的主要元素，故常把含碳量作为判别钢材焊接性的主要标志。钢中含碳量越高，其焊接性越差。钢中除了碳元素以外，其他的元素如锰、铬镍、铜、钼等对淬硬都有影响，故可将这些元素根据它们对焊接性影响的大小，折合成相当的碳元素含量，即碳当量，以判别焊接性的好坏。判断焊接性最简便的方法是碳当量鉴定法。国际焊接学会推荐的估算碳钢和低合金钢的碳当量公式∶

CE=ω(C)+ω(Mn)/6+[ω(Cr)+ω(Mo)+ω(V)]/5+[ω(Ni)+ω(Cu)]/15

式中ω（C）、ω（Mn）、ω（Cr）、ω（Mo）、ω（V）、o（Ni）、o（Cu）表示该元素在钢中的含量。当

CE＜0.4%时，钢材的淬硬倾向不明显，焊接性优良，焊接时不必预热;当CE=0.4%～0.6%时，钢材的淬硬倾向逐渐明显，需要采取适当的预热和控制热输入等工艺措施;当CE>0.6%时，钢材的淬硬倾向更强，属于较难焊的材料，需采用较高的预热温度和严格的工艺措施。用上述方法来判断钢材的焊接性只能作近似的估计，并不完全代表材料的实际焊接性。例如，16MnCu钢的碳当量约为0.34%～0.44%，焊接性还好;但当其钢板厚度增大时，焊接性会变差。

中碳钢焊接操作

碳素钢是以铁为基体，以碳为主要合金元素的铁碳合金（含碳量<2%），是工业中应用最广的金属材料。工业中使用的碳素钢的含碳量很少超过1.4%。用于制造焊接结构的钢材的含碳量还要低得多。低碳钢含碳及合金元素少。淬硬倾向小，是焊接性最好的金属材料。在低碳钢的焊接过程中，一般情况下不需要采取特殊的工艺措施，就可获得较满意的焊接质量。低碳钢的焊接在前面已经训练过，这里重点介绍中碳钢的焊接。

一、中碳钢焊接工艺1.中碳钢的焊接性与低碳钢相比，中碳钢含碳量较高，因此其强度较高，焊接性较差。常见的中碳钢有

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钢、45钢及55钢等。其焊接性表现为∶（1）焊缝金属易产生热裂纹

从铁—碳合金图可知，铁—碳合金的凝固过程在一个温度区间内进行。由于中碳钢含碳量较高，因而凝固温度区间也增加，偏析现象也随之增大。在凝固收缩应力的作用下，其容易沿液态晶界处开裂，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，在热影响区容易产生冷裂纹。当焊缝金属的含碳量较高时，也有产生冷裂纹的可能。2.中碳钢焊接工艺要点中碳钢焊接时，为了保证焊后不产生裂纹和得到满意的力学性能，通常应采取下列措施∶（1）尽量采用碱性焊条这类焊条的抗冷裂和抗热裂性能较好。当焊缝金属的强度不要求与焊件等强度时，可选用强度低的碱性焊条，如E4316、E4315。当对焊缝金属强度要求较高时，可采用E5015、E6015—D1、E7015—D2

等碱性焊条。中碳钢焊接时的焊条选用见表9—1。

特殊情况下，可采用铬镍不锈钢焊条焊接或焊补中碳钢。在焊前不预热的情况下，也不容易产生近缝区冷裂纹。用来焊接中碳钢的铬镍不锈钢焊条有

E309—16

（旧型号E1—23—13—16）、E309—15（旧型号E1—23—13—15）、E310—16

（旧型号E2—26—21—16）、E310—15（旧型号E2—26—21—15）等。焊接时电流要小，焊接层数要多，熔深要浅。但由于成本高，一般在焊接量较少时采用。根据中碳钢的焊接、焊补的实践经验。

先在坡口表面堆焊一层过渡焊缝再进行焊接焊接效果较好。堆焊过渡焊缝的焊条通常选用含碳量很低、强度低、塑性好的纯铁焊条[ω(C)≤0.03%]。（2）预热

中碳钢的预热温度取决于材料的含碳量、焊件的大小和厚度、焊条类型、工艺参数及结构刚度等。（3）焊接工艺措施1）焊接坡口尽量开成U形，以减少焊件熔入量。2）焊接第一层焊缝时，尽量采用小电流、低焊速，以减小焊件熔入焊缝金属中的比例（减小熔合比），防止热裂纹。但应注意将母材熔透、避免产生夹渣及未熔合等缺陷。3）碱性焊条在焊前要按照要求烘干。烘干温度为350～450℃，保温时间2h。

4）锤击焊缝，以减小焊接残余应力、细化晶粒。5）焊接结束时，应将焊件放在石棉灰中或在炉中缓冷。6）对含碳量高、厚度大和刚性大的焊件，焊接后应进行必要的热处理，如在600

～

650℃下进行回火处理，以消除应力。

二、中碳钢焊接技能训练中碳钢焊接的焊件图如图9—9所示。焊件是工作压力为24MPa的高