焊接工艺问答之常用金属材料的焊接Word文档格式.docx

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优

0.15～0.25

90HRB

结构用型材、板材、棒材

良

中碳钢

0.25～0.60

25HRC

机器部件和工具

中（需预热、后热，推荐使用低氢焊接方法）

高碳钢

≥0.60

40HRC

弹簧，模具，钢轨

劣（需预热、后热，必需使用低氢焊接方法）

2什么是碳当量？

碳钢的碳当量如何计算？

把钢中合金元素（包括碳）的含量按其作用换自成碳的相当含量，称为该种钢材的碳当量，可作为评定钢材焊接性的一种参考指标。

碳钢中的元素除C外，主要是Mn和Si，它们的含量增加，焊接性变差，但其作用不及碳强烈。

国际焊接学会推荐的碳当量公式为

MnCu+NiCr+Mo+V

CE（IIW）=C+──+　────　+　──────（质量分数）（%）

6155

随着碳当量值的增加，钢材的焊接性会变差。

当CE值大于0.4%～0.6%时，冷裂纹的敏感性将增大，焊接时需要采取预热、后热及用低氢型焊接材料施焊等一系列工艺措施。

3利用碳当量值评价钢材焊接性有何局限性？

碳当量值只能在一定范围内，对钢材概括地、相对地评价其焊接性，这是因为：

1）如果两种钢材的碳当量值相等，但是含碳量不等，含碳量较高的钢材在施焊过程中容易产生淬硬组织，其裂纹倾向显然比含碳量较低的钢材来得大，焊接性较差。

因此，当钢材的碳当量值相等时，不能看成焊接性就完全相同。

2）碳当量计算值只表达了化学成分对焊接性的影响，没有考虑到冷却速度不同，可以得到不同的组织，冷却速度快时，容易产生淬硬组织，焊接性就会变差。

3）影响焊缝金属组织从而影响焊接性的因素，除了化学成分和冷却速度外，还有焊接循环中的最高加热温度和在高温停留时间等参数，在碳当量值计算公式中均没有表示出来。

因此，碳当量值的计算公式只能在一定的钢种范围内，概括地、相对地评价钢材的焊接性，不能作为准确的评定指标。

4试述低碳钢的焊接性。

由于低碳钢含碳量低，锰、硅含量也少，所以，通常情况下不会因焊接而产生严重硬化组织或淬火组织。

低碳钢焊后的接头塑性和冲击韧度良好，焊接时，一般不需预热、控制层间温度和后热，焊后也不必采用热处理改善组织，整个焊接过程不必采取特殊的工艺措施，焊接性优良。

但在少数情况下，焊接时也会出现困难：

1）采用旧冶炼方法生产的转炉钢含氮量高，杂质含量多，从而冷脆性大，时效敏感性增加，焊接接头质量降低，焊接性变差。

2）沸腾钢脱氧不完全，含氧量较高，P等杂质分布不均，局部地区含量会超标，时效敏感性及冷脆敏感性大，热裂纹倾向也增大。

3）采用质量不符合要求的焊条，使焊缝金属中的碳、硫含量过高，会导致产生裂纹。

如某厂采用酸性焊条焊接Q235－A钢时，因焊条药皮中锰铁的含碳量过高，会引起焊缝产生热裂纹。

4）某些焊接方法会降低低碳钢焊接接头的质量。

如电渣焊，由于线能量大，会使焊接热影响区的粗晶区晶粒长得十分粗大，引起冲击韧度的严重下降，焊后必需进行细化晶粒的正火处理，以提高冲击韧度。

总之，低碳钢是属于焊接性最好、最容易焊接的钢种，所有焊接方法都能适用于低碳钢的焊接。

5低碳钢焊接时，如何正确地选用焊接材料？

⑴手弧焊焊条的选用常用低碳钢Q235的抗拉强度平均值为417.5MPa，根据等强度原则，与之匹配的焊条应为E43系列。

几种不同钢号的低碳钢手弧焊时焊条的选用，见表2。

表2低碳钢手弧焊时焊条的选用

钢号

一般结构选用的

焊条型号

动载荷、复杂、厚板结构，锅炉受压容器，低温焊接

选用的焊条型号

施焊条件

Q235

E4313，E4303，E4301，E4320，E4311

E4316，E4315

（E5016，E5015）

一般不预热

Q255

Q275

E5016，E5015

厚板结构预热150℃以上

08、10、15、20

E4303，E4301，E4320，E4311

25

20g，22g

E4303，E4301

厚板结构预热100～150℃

20R

注：

表中括弧内的焊条型号表示可以代用。

⑵埋弧焊焊丝和焊剂的匹配选用低碳钢埋弧焊时焊丝和焊剂的匹配选用，见表3。

表3低碳钢埋弧焊焊丝与焊剂的匹配选用

焊丝

焊剂

Q234

H08A

HJ430

HJ431

H08MnA

15、20

H08A，H08MnA

HJ330

H08MnA，H10Mn2

H08MnA，H08MnSi，h10Mn2

⑶CO2焊丝的选用实芯焊丝选用牌号为H08Mn2Si和H08Mn2SiA两种，焊后熔敷金属强度偏高。

药芯焊丝选用牌号为YJ502-1、YJ506-2、YJ506-3、YJ506-4。

⑷电渣焊焊丝和焊剂的匹配选用电渣焊熔池温度比埋弧焊低，所以焊剂中的硅、锰还原作用弱，应选用含锰、含硅量较高的焊丝。

常选用H10Mn2、H10MnSi焊丝配合焊剂HJ360或H10MnSi焊丝配合焊剂HJ431。

6低碳钢在低温下如何施焊？

严冬条件下焊接低碳钢结构时，由于焊接接头的冷却速度快，使裂纹倾向增大，特别是厚大结构的第一道焊缝容易开裂，为此必需采取如下工艺措施：

1）焊前预热，焊接过程中严格保持层间温度不应低于预热温度。

2）采用低氢或超低氢焊接材料。

3）定位焊时加大焊接电流，减慢焊接速度，适当增加定位焊缝的截面积和长度，必要时进行预热。

4）整条焊缝应尽量连续焊完，避免中断。

5）不应坡口面以外的母材上进行引弧，熄弧时需填满弧坑。

6）尽可能不在低温条件下进行弯板、矫正和装配焊件。

各种金属结构低温焊接时的预热温度见表4。

管道、压力容器低温焊接时的预热温度见表5。

表4低碳钢金属结构低温焊接的预热温度

焊件厚度（mm）

在各种气温下的预热温度

＜30

31～50

51～70

不低于－30℃时不预热；

低于－30℃时预热100～150℃

不低于－10℃时不预热；

低于－10℃时预热100～150℃

不低于0℃时不预热；

低于0℃时预热100～150℃

表5低碳钢管道、压力容器低温焊接的预热温度

＜16

17～30

31～40

41～50

不低于－20℃时不预热；

低于－20℃时预热100～150℃

7试述中碳钢的焊接性。

中碳钢的碳的质量分数为0.25%～0.60%。

当碳的质量分数接近0.25%而含锰量不高时，焊接性良好。

随着含碳量的增加，焊接性逐渐变差。

如果碳的质量分数为0.45%左右而仍按焊接低碳钢常用的工艺施焊时，在热影响区可能会产生硬脆的马氏体组织，易于开裂，即形成冷裂纹。

焊接时，相当数量的母材被熔化进入焊缝，使焊缝的含碳量增高，促使在焊缝中产生热裂纹，特别是当硫的杂质控制不严时，更易出现。

这种裂纹在弧坑处更为敏感，分布在焊缝中的热裂纹于是与焊缝的鱼鳞状波纹线相垂直。

8中碳钢焊接时，如何正确地选用焊条？

中碳钢的焊接目前大都采用手弧焊。

为提高焊接接头的抗裂性，应选用低氢型焊条。

个别情况下，也可采用钛钙型和钛铁矿型酸性焊条，但此时应采取严格的工艺措施，如焊前预热、减少熔合比（降低焊缝含碳量）等。

中碳钢手弧焊时焊条的选用，见表6。

表6中碳钢手弧焊时焊条的选用

焊件含碳量（%）

焊接件

焊件力学性能（≥）

选用焊条型号

σs

（MPa）

σb

δ

（%）

ф

αK

（J）

不要求等强度

要求等强度

35

ZG270～500

0.32～

0.40

0.31～0.40

一般

315

270

530

500

20

18

45

55

22

E5016，

E5015

ZG310～570

0.42～0.50

0.41～0.50

较差

355

310

600

570

16

15

40

21

39

ZG340～340

0.52～0.60

0.51～0.60

很差

380

340

645

640

13

10

—

特殊情况下，中碳钢焊接时可采用铬镍不锈钢焊条，如E0-19-10-16（A102）、E0-19-10-5（A107）、E1-23-13-16（A302）、E1-23-13-15（A307）、E2-26-21-16（A402）、E2-26-21-15（A407）等，因奥氏体焊缝金属的塑性良好，可以减小焊接接头应力，即使焊件焊前不预热，也可避免热影响区产生冷裂纹。

9试述中碳钢的焊接工艺要点。

⑴预热预热有利于减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150～200mm。

⑵焊条条件许可时优先选用碱性焊条。

⑶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。

⑷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