碳鋼焊接性課件

碳鋼焊接性

一、碳鋼的焊接性碳素鋼的焊接性隨含碳量增加而惡化，因為含碳量較高的鋼從焊接溫度快速冷卻下容易被淬硬。被淬硬的焊縫和熱影響區(qū)因其塑性下降，在焊接應(yīng)力容易產(chǎn)生裂紋。碳素鋼被淬硬主要是在馬氏體組織形成而引起，馬氏體的數(shù)量受冷卻速度影響，非?？斓睦鋮s速度可以產(chǎn)生100%的馬氏體，從而可達到最高硬度。因此，焊接含碳較高的碳素鋼時，就應(yīng)當注意減緩冷卻速度，使馬氏體的數(shù)量減至最少。焊接的冷卻速度受焊接熱輸入、母材板厚和環(huán)境溫度的影響。厚板或在低溫條件下焊接，其冷卻速度加快；預(yù)熱或加大焊接線能量，可以降低冷卻速度，減少裂紋產(chǎn)生。碳素鋼的碳含量增加到約0.15%以上時，對氫致裂紋尤其敏感。因此，焊接碳含量高于0.15%的碳素鋼時，須注意減少氫的來源。例如大氣中的水分，焊前對待焊部位及附近須清除油污、鐵銹等。手弧焊時宜選用低氫焊條，在其它焊接方法中應(yīng)制造低氫環(huán)境，以減少焊縫周圍環(huán)境中的氫含量。焊接碳素鋼時產(chǎn)生裂紋的力學(xué)原因是結(jié)構(gòu)的拘束力和不均衡的熱應(yīng)力。即使是不易淬硬的低碳鋼，在受拘束力條件下采用了不正確的焊接程序，也會因這些應(yīng)力過大而產(chǎn)生裂紋?？傊?，對碳素鋼的焊接，應(yīng)針對其碳含量不同而采取相應(yīng)的工藝措施。當含碳較低時，如低碳鋼，應(yīng)著重注意防止結(jié)構(gòu)拘束應(yīng)力和不均衡的熱應(yīng)力所引起的裂紋；當含碳量較高時，如高碳鋼，除了防止因這些因為應(yīng)力所引起的裂紋外，還要特別注意防止因淬硬而引起的裂紋。碳鋼焊接性一、碳鋼的焊接性

二、低碳鋼的焊接1、焊接特點低碳鋼的含碳量低（≤0.25%），其它合金元素含量較少，故是焊接性最好的鋼種。采用通常的焊接方法后，接頭中不會產(chǎn)生淬硬組織或冷裂紋。只要焊接材料選擇適當，便能得到滿意的焊接接頭。用電弧焊焊接低碳鋼時，為了提高焊縫金屬的塑性、韌性、和抗裂性能，通常都是使焊縫金屬的碳含量低于母材，依靠提高焊縫中的硅、錳含量和電弧所具有較高的冷卻來達到與母材等強度。因此，焊縫金屬會隨著冷卻速度的增加，其強度會提高，而塑性和韌性會下降。當厚板單層角焊縫時，焊角尺寸不宜過?。欢鄬雍笗r，應(yīng)盡量連續(xù)施焊；焊補表面缺陷時，焊縫應(yīng)具有一定的尺寸，焊縫長度不得過短，必要時應(yīng)采用100-150℃的局部預(yù)熱。2、焊接材料電弧焊用焊條用于焊接結(jié)構(gòu)的低碳鋼多是Q235鋼，其抗拉強度平均約417.5N/mm2,按等強度原則應(yīng)選用E43××系列焊條,它的熔敷金屬抗拉強度不小于420N/mm2(43kgf/mm2),在力學(xué)性能上與母材恰好相匹配。

碳鋼焊接性二、低碳鋼的焊接碳鋼焊接性當焊接重要的或裂紋敏感性較大的結(jié)構(gòu)時，常選用低氫型堿性焊條，如E4316、E4315、E5016、EE5015等。因這類焊條具有較好的抗裂性能和力學(xué)性能，其韌性和抗時效性能也很好。但這類焊條工藝性能較差，對油、銹和水份很敏感，焊前需在350-400℃下烘干1-2小時，并需對接頭作徹底清理干凈。所以對于一般的焊接結(jié)構(gòu)，推薦選用工藝性能較好的酸性焊條，如E4303、E4313、E4320等。這些焊條雖然氣體、雜質(zhì)較高，焊縫金屬的塑性、韌性及抗裂性不及堿性焊條，但一般都能滿足使用性能要求。碳鋼焊接性當焊接重要的或裂紋敏感性較大的結(jié)構(gòu)時，常選用低氫型堿性焊條3、焊接工藝要點為確保低碳鋼的焊接質(zhì)量，在焊接工藝方面須注意：1)焊前清除焊件表面鐵銹、油污、水份等雜質(zhì)，焊接材料焊前烘干。2)角焊縫、對接多層焊的第一層焊縫以及單道焊鄉(xiāng)要避免采用窄而深的坡口形式，以防止出現(xiàn)裂紋、未焊透或夾渣等焊接缺陷。3)焊接剛性大的構(gòu)件時，為了防止產(chǎn)生裂紋，宜采用焊前預(yù)熱和焊后消除應(yīng)力的措施。4)在環(huán)境溫度低于-10℃以下時焊接低碳鋼結(jié)構(gòu)時接頭冷卻快，為了防止產(chǎn)生裂紋，應(yīng)采取以下減緩冷卻速度的措施：碳鋼焊接性3、焊接工藝要點碳鋼焊接性a、焊前預(yù)熱，焊時保持層間溫度；b、采用低氫型或超低氫型焊接材料；c、點固焊時須加大焊接電流，適當加大點固焊的焊縫載面和長度，必要時焊前也必須預(yù)熱；d、整條焊縫連續(xù)焊完，盡量避免中斷。熄弧時要填滿弧坑。碳鋼焊接性a、焊前預(yù)熱，焊時保持層間溫度；碳鋼焊接性

三、中碳鋼的焊接1、焊接特點中碳鋼含碳量較高，其焊接性比低碳鋼差．當Ｗ（Ｃ）接近下限（０.２５％）時焊接性良好，隨著含碳量增加，其淬硬傾向隨之增大，在熱影響區(qū)容易產(chǎn)生低塑性的馬氏體組織。當焊件剛性較大或焊接材料、工藝參數(shù)選擇不當時，容易產(chǎn)生冷裂紋。多層焊焊接第一屋焊縫時，由于母材金屬熔合到焊縫中的比例大，使其含碳量及硫、磷含量增高、容易產(chǎn)生熱裂紋。此外，碳含量高時，氣孔敏感性增大。2、焊接材料應(yīng)盡量選用抗裂性能好的低氫型焊接材料。焊條電弧焊時，若要求焊縫與母材等強度，宜選用強度級別相當?shù)牡蜌湫秃笚l；若不要求等強度時，則選用強度級別比母材低一級的低氫型焊條，以提高焊縫的塑性、韌性和抗裂性能。如果選用非低氫型焊條進行焊接，則必須在嚴格的工藝措施配合，如控制預(yù)熱溫度、減少母材的熔合比等。當工件不允許預(yù)熱時，可選用塑性優(yōu)良的鉻鎳奧氏體不銹鋼焊條。這樣可以減少焊接接頭應(yīng)力，避免熱影響區(qū)冷裂紋產(chǎn)生。碳鋼焊接性三、中碳鋼的焊接碳鋼焊接性碳鋼焊接性碳鋼焊接性

3、焊接工藝要點預(yù)熱和層間溫度預(yù)熱是焊接和焊補中碳鋼防止裂紋的有效工藝措施。因為預(yù)熱可降低焊縫金屬和熱影響區(qū)的冷卻速度、抑制馬氏體的形成。預(yù)熱溫度取決于碳含量、母材厚度、結(jié)構(gòu)剛性、焊條類型和工藝方法等，最好是整體預(yù)熱，局部預(yù)熱，其加熱范圍應(yīng)為焊口兩側(cè)150～200mm左右。多層焊時，要控制層間溫度，一般不低于預(yù)熱的溫度。淺熔深為了減少線材金屬熔入焊縫中的比例,焊接接頭可做成U型或V型坡口。如果是焊補鑄件缺陷，所鏟挖的坡口外形應(yīng)圓滑，多層焊時應(yīng)采用小焊條，小焊接電流，以減少熔深。焊后處理最好是焊后冷卻到預(yù)熱溫度之前就進行消除應(yīng)力熱處理，尤其是大厚度工件或大剛性的結(jié)構(gòu)件更應(yīng)如此。消除應(yīng)力熱處理溫度一般在600～650℃之間。如果焊后不能立即消除應(yīng)力熱處理，則應(yīng)先進行后熱，以便擴散氫逸出。后熱溫度150℃保溫2小時。錘擊焊縫金屬沒有熱處理消除焊接應(yīng)力的條件時，可焊接過程中用錘擊熱態(tài)焊縫的方法減小焊接應(yīng)力，并設(shè)法使焊縫緩冷。碳鋼焊接性3、焊接工藝要點碳鋼焊接性四、高碳鋼的焊接1、焊接特點含碳量w（C）＞0.6％的高碳鋼淬硬性高、很容易產(chǎn)生又硬又脆的高碳馬氏體。在焊縫和熱影響區(qū)中容易產(chǎn)生裂紋，難以焊接。幫一般都不用這類鋼制造焊接結(jié)構(gòu)，而用于制造高硬度或耐磨的部件或零件，對它們的焊接多數(shù)是破損件的焊補修理。高碳鋼零、部件的高硬度或高耐磨性能是通過熱處理獲得，因此焊補這些零、部件前應(yīng)先行退火，以減少焊接裂紋，焊后再重新進行熱處理。2、焊接材料 按焊縫性能要求來選用高碳鋼的焊接材料，要求達到與線材完全相同的性能是比較難的。在焊條電弧焊情況下，當要求強度高時，可選用E7015（J707）或E6015（J607）焊條；要求低時，選用鉻、鎳奧氏體不銹鋼焊條，如E309-16（A302）、E309-15（A307）等，這時預(yù)熱溫度可降低或不需預(yù)熱。3、焊接要點高碳鋼焊接性差，焊接時性必須注意：1）應(yīng)先退火而后焊接；2）采用結(jié)構(gòu)焊條時，焊前必須預(yù)熱，預(yù)熱溫度和層間溫度應(yīng)在350℃以上；3）采取與焊接中碳鋼相似的工藝措施，盡量減少熔合比、小焊接電流、低焊接速度，焊接盡可能連續(xù)進行，中間不停止；4）焊后緩冷，并應(yīng)立即送入爐中進行消除應(yīng)力的高溫回火，隨后根據(jù)需要作相應(yīng)的熱處理。碳鋼焊接性四、高碳鋼的焊接碳鋼焊接性

五、合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接1、合金結(jié)構(gòu)鋼及其分類合金結(jié)構(gòu)鋼是在碳素鋼的基礎(chǔ)上有目的地加入一種或幾種合金元素的鋼。常用的合金元素有：錳、硅、鉻、鎳、鉬、鎢、釩、鈦、硼等。加入合金元素可使鋼的性能產(chǎn)生預(yù)期的變化，如提高其強度，改善其韌性，或使其具有特殊的物理、化學(xué)性能，如耐熱性各耐蝕性等。合金結(jié)構(gòu)鋼的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，種類繁多，可化學(xué)成分、合金系統(tǒng)、組織狀態(tài)、用途或使用性能等方面分類。例如：按合金元素總含量的多少分有：1）低合金鋼，一般w(Me)＜5%；2）中合金鋼，w(Me)=5～10%；3）高合金鋼，w(Me)＞10%；按用途合性能分有：1）強度用鋼即通常所說的高強度用鋼。2）特殊用途鋼這類鋼主要用于在特殊條件下工作的機械零件和工程結(jié)構(gòu)。碳鋼焊接性五、合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接碳鋼焊接性按供貨狀態(tài)分，強度用分為熱軋與正火鋼、低碳調(diào)質(zhì)鋼等到三類。各類鋼的組織性能有其共同點，且與焊接性密切相關(guān)。簡介如下：熱軋正火鋼是一種非熱處理強化鋼，一般是在熱軋、控軋、正火、正火加回火狀態(tài)下供貨，使用時不進行熱處理。這類鋼合金元素含量低（一般w(Me)≤3%），屈服點在295-460MPa范圍，所以又稱為低合金高強度鋼。鋼中主要元素是Mn，有些輔以V、Ti、Nb等。這類鋼被廣泛應(yīng)用于各種焊接結(jié)構(gòu)。低碳調(diào)質(zhì)鋼是一種熱處理強化鋼，一般在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下供貨。其含碳量較低，通常w(C)在0.25%以下。鋼中Mn、Mo為主要元素，有些輔以V、Cr、Ni、B等。這類鋼只需加入少量合金元素，通過調(diào)質(zhì)處理，就能獲得高的強度，又有較好的塑性和韌性?？梢灾苯釉谡{(diào)質(zhì)狀態(tài)下焊接，焊后不必進行調(diào)質(zhì)處理，必要時可進行消除應(yīng)力處理。由于這類鋼強度高、韌性好，焊接熱影響區(qū)淬硬傾向小，冷裂紋敏感性較低，所以在重大焊接結(jié)構(gòu)中得到越來越廣泛應(yīng)用。但是，這類鋼焊后在熱影響區(qū)中出現(xiàn)軟化區(qū)。碳鋼焊接性按供貨狀態(tài)分，強度用分為熱軋與正火鋼、低碳調(diào)質(zhì)鋼等到3）中碳調(diào)質(zhì)鋼也是一種熱處理強化鋼，其含碳量比低碳調(diào)質(zhì)鋼高[w(C)＞0.3%],因此淬硬性比低碳調(diào)質(zhì)鋼高很多。中碳調(diào)質(zhì)鋼常用于強度要求很高的產(chǎn)品和構(gòu)件，如火箭發(fā)動機殼體、飛機起落架等。由于它的強度和硬度很高其韌性相對較低，給焊接帶來較大困難。通常需要在退火狀態(tài)下焊接，焊后再通過整體熱處理來達到所需的強度和硬度。2、熱軋及正火鋼的焊接性在熔焊條件下熱軋及正火鋼隨著強度級別的提高和合金元素含量的增加，焊接的難度增大。這類鋼焊接的主要問題是熱影響區(qū)的脆化和產(chǎn)生各種裂紋?！餆嵊绊憛^(qū)脆化1)過熱區(qū)脆化過熱區(qū)是指熱影響區(qū)中熔合線附近母材被除數(shù)加熱到到1100℃以上的區(qū)域，又叫粗晶區(qū)。由于該區(qū)溫度高，發(fā)生奧氏體晶粒顯著增大和一些難熔質(zhì)點熔入而致了性能變化。這種變化既和鋼材的類型、合金系統(tǒng)有關(guān)，又和焊接熱輸入有關(guān)，因為熱輸入直接影響高溫停留時間和冷卻速度。熱軋鋼系固溶強化鋼，在熱軋狀態(tài)下使用。導(dǎo)致熱軋鋼過熱區(qū)脆化的原因是：焊接輸入偏高，使該區(qū)的奧氏體晶粒嚴重增大，穩(wěn)定性增加。使之轉(zhuǎn)變產(chǎn)物先析鐵素體和共析鐵素體的延伸發(fā)展，除沿晶界析出外還向晶內(nèi)延伸，形成魏氏體組織及其他塑性低的混合組織，從而使過熱區(qū)脆化。因此對于像Q345（16Mn）之類固熔強化的熱軋鋼，焊接時，采用適當?shù)偷妮斎霟岬裙に嚧胧﹣硪种七^熱區(qū)奧氏體晶粒長大及魏氏組織的出現(xiàn)，是防止過熱區(qū)脆化的關(guān)鍵。

碳鋼焊接性3）中碳調(diào)質(zhì)鋼也是一種熱處理強化鋼，其含碳正火鋼過熱區(qū)脆化下熱軋鋼不同，其熱過敏性比熱鋼大，這是因為兩者合金化方式不同。對含Ti和V的15MnTi與Q420（15MnVN）鋼研究表明：隨著焊接熱輸入增大，高溫停留時間延長，Ti、V溶解得越充分，其脆化就顯著。所以用小熱輸入是避免這類正火鋼過熱區(qū)脆化的有效措施。如果為了提高正鋼的焊接生產(chǎn)效率面采用大的熱輸入焊接，在這種情況下，焊后需采用800～1100℃的正火熱處理來改善接頭韌性。2）熱應(yīng)變脆化指鋼在200℃～Ac1溫度范圍內(nèi)，受到較大的塑性變形（5%～10%）后，出現(xiàn)斷裂韌性明顯下降，脆性轉(zhuǎn)變溫度明顯升高現(xiàn)象。對Q345（16Mn）和Q420（15MnVN）等鋼研究表明，這些鋼均具有一定的熱應(yīng)變脆化傾向。消除和熱應(yīng)變脆化的有效措施是焊后退火處理。經(jīng)600℃左右的消除應(yīng)力退火后，材料的韌性基本上能恢復(fù)到原來的水平?！锪鸭y1)焊縫金屬的熱裂紋熱軋正火鋼一般含碳量都較低，而含錳量都較高，它們的w(Mn)/w(S)值比較大，因而具有較好的抗熱裂能，正常情況下焊縫不會出現(xiàn)裂紋。但是，當材料成分不合格，或有嚴重偏析，使局部的碳、硫含量偏高，其w(Mn)/w(S)值偏低時則易產(chǎn)生裂紋?？刂颇覆暮秃附硬牧现械奶肌⒘蚝?，減少熔合比，增大焊縫的成形系數(shù)等都有利于防止焊縫金屬產(chǎn)生熱裂紋。

碳鋼焊接性正火鋼過熱區(qū)脆化下熱軋鋼不同，其熱過敏性比熱鋼大，這是2)冷裂紋導(dǎo)致鋼材產(chǎn)生焊接冷裂紋的三個主要因素是鋼材的淬硬傾向，焊縫的擴散氫含量和接頭的拘束應(yīng)力，其中淬硬傾向是決定性的。一般認為碳當量CE＜0.4%的鋼材焊接時基本上無淬硬傾向,焊接性良好。σs=295～390MPa的熱軋鋼如09Mn、O9MnNb、12Mn等基本屬這一類。除鋼板很厚、環(huán)境溫度很低的情況外，也和焊接低碳鋼一樣一般不需要焊前預(yù)熱和嚴格控制焊接熱輸入，也不會引起冷裂紋。隨著CE增加，其淬硬傾向也隨之增大，Q345（16Mn）、Q390（15MnV）等熱軋鋼的碳當量較上述幾種鋼稍高，其淬硬傾向相應(yīng)稍大，當冷卻速度快時，有可能產(chǎn)生馬氏體淬硬組織。在拘束應(yīng)力較大和擴散氫含量較高的情況下，就必須采取適當措施，防止冷裂紋的產(chǎn)生。碳當量CE=0.4%～0.6%的鋼，基本上屬于有淬硬傾向的鋼，σs=440～490MPa的正火鋼就處于這一范圍之內(nèi)，當CE還不超過0.5%時，淬硬尚不嚴重，焊接性尚好。但隨著板厚的增加，則須采取一定預(yù)熱措施才能避免冷裂紋的產(chǎn)生。CE在0.5％以上的鋼其淬硬傾向顯著，容易冷裂，必須控制焊接輸入和采取預(yù)熱和后熱處理等工藝措施，以防冷裂紋的產(chǎn)生。碳鋼焊接性2)冷裂紋導(dǎo)致鋼材產(chǎn)生焊接冷裂紋的三個主要因素是鋼材3、熱軋及正火鋼的焊接工藝(1)焊接方法熱軋正火鋼對許多焊接方法都適應(yīng)，選擇時主要考慮產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、板厚、性能要求和生產(chǎn)條件等因素，其中最為常見的是焊條電弧焊、埋弧焊和熔化極氣體保護焊。（2）焊接材料的選擇焊接熱軋及正火鋼時，選擇焊接材料和主要依據(jù)是保證焊金屬的強度，塑性和韌性等力學(xué)性能與母材的力學(xué)性能匹配，為此，須注意以下問題。1)選擇相應(yīng)強度級別的焊接材料2)工藝條件的影響主要焊接工藝和焊后的加工工藝兩方面考慮對焊縫金屬力學(xué)性能的影響。3)考慮結(jié)構(gòu)因素的影響對厚板、拘束應(yīng)度大或冷裂傾向大的焊接結(jié)構(gòu)，以及重要的產(chǎn)品，應(yīng)選用低氫或高韌性的焊接材料。例如，厚板結(jié)構(gòu)多層焊，第一層打底焊縫最易產(chǎn)生裂紋，這時應(yīng)選用強度稍低，但塑性、韌性較好的低氫或超低氫焊接材料。碳鋼焊接性3、熱軋及正火鋼的焊接工藝碳鋼焊接性4、焊接工藝參數(shù)的選擇1)焊接熱輸入熱軋及正火鋼焊接熱輸入的確定主要依據(jù)是防止過熱區(qū)脆化和焊接裂紋兩個方面。由于各種熱軋及正火鋼的脆硬傾向不相同，因此，對熱輸入的要求亦不相同。對于如Q295（09Mn2、09MnNb）和含碳量偏下的Q345（16Mn）QMQ鋼等，基強度級別在390MPa以下，它們的過熱敏感性不大，淬硬傾亦較小，幫焊接熱輸入一般不予限制。含碳量偏高的Q345（16Mn）鋼，其淬硬傾向增加，為防止冷裂紋，焊接時，宜用偏大一些的焊接熱輸入。對含釩、鈮、鈦等到強度級別較低的正火鋼，如Q420（15MnVN、15MnVTi）等。為防止沉淀相溶入和晶粒長大引起的脆化，宜選用偏小的焊接熱輸入。2）預(yù)熱預(yù)熱主要是為了防止裂紋，同時兼有一定改善接頭性能作用。但預(yù)熱卻惡化勞動條件，延長生產(chǎn)周期，增加制造成本。過高預(yù)熱溫度和層間溫度反會使接頭韌性下降。因此焊接是否需要預(yù)熱和預(yù)熱多少溫度，應(yīng)慎重從事。

碳鋼焊接性4、焊接工藝參數(shù)的選擇碳鋼焊接性3）后熱及熱處理①后熱又叫消氫處理，是立即對焊件的全部（或局部）進行加熱和保溫，讓其緩冷，使擴散氫逸出的工藝措施。后熱的目的是防止延遲裂紋的產(chǎn)生，主要用于強度級別較高的鋼種和大厚度的焊接結(jié)構(gòu)。去氫的效果取決于后熱的溫度和時間。溫度一般在200～300℃范圍內(nèi)，保溫時間與板厚有關(guān)，通常為2～6小時。對同一板厚，后熱溫度高，保溫時間可縮短。②焊后熱處理一般情況下，熱軋鋼和正火鋼焊后不需熱處理。但是，對要求抗應(yīng)力腐蝕的焊接結(jié)構(gòu)、低溫下使用的焊接結(jié)構(gòu)及厚壁高壓容器等，焊后都需要進行消除應(yīng)力的高溫回火。確定回火溫度時要注意：a.不要超過母材的回火溫度,以免影響母材的性能,約比母材的回火溫度低30～60℃;b．對于含有鉻、鉬、釩等的低合金鋼，在回火時要避開600℃左右的溫度區(qū)間，以免產(chǎn)生再熱裂紋。碳鋼焊接性3）后熱及熱處理碳鋼焊接性碳鋼焊接性碳鋼焊接性碳鋼焊接性

一、碳鋼的焊接性碳素鋼的焊接性隨含碳量增加而惡化，因為含碳量較高的鋼從焊接溫度快速冷卻下容易被淬硬。被淬硬的焊縫和熱影響區(qū)因其塑性下降，在焊接應(yīng)力容易產(chǎn)生裂紋。碳素鋼被淬硬主要是在馬氏體組織形成而引起，馬氏體的數(shù)量受冷卻速度影響，非?？斓睦鋮s速度可以產(chǎn)生100%的馬氏體，從而可達到最高硬度。因此，焊接含碳較高的碳素鋼時，就應(yīng)當注意減緩冷卻速度，使馬氏體的數(shù)量減至最少。焊接的冷卻速度受焊接熱輸入、母材板厚和環(huán)境溫度的影響。厚板或在低溫條件下焊接，其冷卻速度加快；預(yù)熱或加大焊接線能量，可以降低冷卻速度，減少裂紋產(chǎn)生。碳素鋼的碳含量增加到約0.15%以上時，對氫致裂紋尤其敏感。因此，焊接碳含量高于0.15%的碳素鋼時，須注意減少氫的來源。例如大氣中的水分，焊前對待焊部位及附近須清除油污、鐵銹等。手弧焊時宜選用低氫焊條，在其它焊接方法中應(yīng)制造低氫環(huán)境，以減少焊縫周圍環(huán)境中的氫含量。焊接碳素鋼時產(chǎn)生裂紋的力學(xué)原因是結(jié)構(gòu)的拘束力和不均衡的熱應(yīng)力。即使是不易淬硬的低碳鋼，在受拘束力條件下采用了不正確的焊接程序，也會因這些應(yīng)力過大而產(chǎn)生裂紋?？傊?，對碳素鋼的焊接，應(yīng)針對其碳含量不同而采取相應(yīng)的工藝措施。當含碳較低時，如低碳鋼，應(yīng)著重注意防止結(jié)構(gòu)拘束應(yīng)力和不均衡的熱應(yīng)力所引起的裂紋；當含碳量較高時，如高碳鋼，除了防止因這些因為應(yīng)力所引起的裂紋外，還要特別注意防止因淬硬而引起的裂紋。碳鋼焊接性一、碳鋼的焊接性

二、低碳鋼的焊接1、焊接特點低碳鋼的含碳量低（≤0.25%），其它合金元素含量較少，故是焊接性最好的鋼種。采用通常的焊接方法后，接頭中不會產(chǎn)生淬硬組織或冷裂紋。只要焊接材料選擇適當，便能得到滿意的焊接接頭。用電弧焊焊接低碳鋼時，為了提高焊縫金屬的塑性、韌性、和抗裂性能，通常都是使焊縫金屬的碳含量低于母材，依靠提高焊縫中的硅、錳含量和電弧所具有較高的冷卻來達到與母材等強度。因此，焊縫金屬會隨著冷卻速度的增加，其強度會提高，而塑性和韌性會下降。當厚板單層角焊縫時，焊角尺寸不宜過?。欢鄬雍笗r，應(yīng)盡量連續(xù)施焊；焊補表面缺陷時，焊縫應(yīng)具有一定的尺寸，焊縫長度不得過短，必要時應(yīng)采用100-150℃的局部預(yù)熱。2、焊接材料電弧焊用焊條用于焊接結(jié)構(gòu)的低碳鋼多是Q235鋼，其抗拉強度平均約417.5N/mm2,按等強度原則應(yīng)選用E43××系列焊條,它的熔敷金屬抗拉強度不小于420N/mm2(43kgf/mm2),在力學(xué)性能上與母材恰好相匹配。

碳鋼焊接性二、低碳鋼的焊接碳鋼焊接性當焊接重要的或裂紋敏感性較大的結(jié)構(gòu)時，常選用低氫型堿性焊條，如E4316、E4315、E5016、EE5015等。因這類焊條具有較好的抗裂性能和力學(xué)性能，其韌性和抗時效性能也很好。但這類焊條工藝性能較差，對油、銹和水份很敏感，焊前需在350-400℃下烘干1-2小時，并需對接頭作徹底清理干凈。所以對于一般的焊接結(jié)構(gòu)，推薦選用工藝性能較好的酸性焊條，如E4303、E4313、E4320等。這些焊條雖然氣體、雜質(zhì)較高，焊縫金屬的塑性、韌性及抗裂性不及堿性焊條，但一般都能滿足使用性能要求。碳鋼焊接性當焊接重要的或裂紋敏感性較大的結(jié)構(gòu)時，常選用低氫型堿性焊條3、焊接工藝要點為確保低碳鋼的焊接質(zhì)量，在焊接工藝方面須注意：1)焊前清除焊件表面鐵銹、油污、水份等雜質(zhì)，焊接材料焊前烘干。2)角焊縫、對接多層焊的第一層焊縫以及單道焊鄉(xiāng)要避免采用窄而深的坡口形式，以防止出現(xiàn)裂紋、未焊透或夾渣等焊接缺陷。3)焊接剛性大的構(gòu)件時，為了防止產(chǎn)生裂紋，宜采用焊前預(yù)熱和焊后消除應(yīng)力的措施。4)在環(huán)境溫度低于-10℃以下時焊接低碳鋼結(jié)構(gòu)時接頭冷卻快，為了防止產(chǎn)生裂紋，應(yīng)采取以下減緩冷卻速度的措施：碳鋼焊接性3、焊接工藝要點碳鋼焊接性a、焊前預(yù)熱，焊時保持層間溫度；b、采用低氫型或超低氫型焊接材料；c、點固焊時須加大焊接電流，適當加大點固焊的焊縫載面和長度，必要時焊前也必須預(yù)熱；d、整條焊縫連續(xù)焊完，盡量避免中斷。熄弧時要填滿弧坑。碳鋼焊接性a、焊前預(yù)熱，焊時保持層間溫度；碳鋼焊接性

三、中碳鋼的焊接1、焊接特點中碳鋼含碳量較高，其焊接性比低碳鋼差．當Ｗ（Ｃ）接近下限（０.２５％）時焊接性良好，隨著含碳量增加，其淬硬傾向隨之增大，在熱影響區(qū)容易產(chǎn)生低塑性的馬氏體組織。當焊件剛性較大或焊接材料、工藝參數(shù)選擇不當時，容易產(chǎn)生冷裂紋。多層焊焊接第一屋焊縫時，由于母材金屬熔合到焊縫中的比例大，使其含碳量及硫、磷含量增高、容易產(chǎn)生熱裂紋。此外，碳含量高時，氣孔敏感性增大。2、焊接材料應(yīng)盡量選用抗裂性能好的低氫型焊接材料。焊條電弧焊時，若要求焊縫與母材等強度，宜選用強度級別相當?shù)牡蜌湫秃笚l；若不要求等強度時，則選用強度級別比母材低一級的低氫型焊條，以提高焊縫的塑性、韌性和抗裂性能。如果選用非低氫型焊條進行焊接，則必須在嚴格的工藝措施配合，如控制預(yù)熱溫度、減少母材的熔合比等。當工件不允許預(yù)熱時，可選用塑性優(yōu)良的鉻鎳奧氏體不銹鋼焊條。這樣可以減少焊接接頭應(yīng)力，避免熱影響區(qū)冷裂紋產(chǎn)生。碳鋼焊接性三、中碳鋼的焊接碳鋼焊接性碳鋼焊接性碳鋼焊接性

3、焊接工藝要點預(yù)熱和層間溫度預(yù)熱是焊接和焊補中碳鋼防止裂紋的有效工藝措施。因為預(yù)熱可降低焊縫金屬和熱影響區(qū)的冷卻速度、抑制馬氏體的形成。預(yù)熱溫度取決于碳含量、母材厚度、結(jié)構(gòu)剛性、焊條類型和工藝方法等，最好是整體預(yù)熱，局部預(yù)熱，其加熱范圍應(yīng)為焊口兩側(cè)150～200mm左右。多層焊時，要控制層間溫度，一般不低于預(yù)熱的溫度。淺熔深為了減少線材金屬熔入焊縫中的比例,焊接接頭可做成U型或V型坡口。如果是焊補鑄件缺陷，所鏟挖的坡口外形應(yīng)圓滑，多層焊時應(yīng)采用小焊條，小焊接電流，以減少熔深。焊后處理最好是焊后冷卻到預(yù)熱溫度之前就進行消除應(yīng)力熱處理，尤其是大厚度工件或大剛性的結(jié)構(gòu)件更應(yīng)如此。消除應(yīng)力熱處理溫度一般在600～650℃之間。如果焊后不能立即消除應(yīng)力熱處理，則應(yīng)先進行后熱，以便擴散氫逸出。后熱溫度150℃保溫2小時。錘擊焊縫金屬沒有熱處理消除焊接應(yīng)力的條件時，可焊接過程中用錘擊熱態(tài)焊縫的方法減小焊接應(yīng)力，并設(shè)法使焊縫緩冷。碳鋼焊接性3、焊接工藝要點碳鋼焊接性四、高碳鋼的焊接1、焊接特點含碳量w（C）＞0.6％的高碳鋼淬硬性高、很容易產(chǎn)生又硬又脆的高碳馬氏體。在焊縫和熱影響區(qū)中容易產(chǎn)生裂紋，難以焊接。幫一般都不用這類鋼制造焊接結(jié)構(gòu)，而用于制造高硬度或耐磨的部件或零件，對它們的焊接多數(shù)是破損件的焊補修理。高碳鋼零、部件的高硬度或高耐磨性能是通過熱處理獲得，因此焊補這些零、部件前應(yīng)先行退火，以減少焊接裂紋，焊后再重新進行熱處理。2、焊接材料 按焊縫性能要求來選用高碳鋼的焊接材料，要求達到與線材完全相同的性能是比較難的。在焊條電弧焊情況下，當要求強度高時，可選用E7015（J707）或E6015（J607）焊條；要求低時，選用鉻、鎳奧氏體不銹鋼焊條，如E309-16（A302）、E309-15（A307）等，這時預(yù)熱溫度可降低或不需預(yù)熱。3、焊接要點高碳鋼焊接性差，焊接時性必須注意：1）應(yīng)先退火而后焊接；2）采用結(jié)構(gòu)焊條時，焊前必須預(yù)熱，預(yù)熱溫度和層間溫度應(yīng)在350℃以上；3）采取與焊接中碳鋼相似的工藝措施，盡量減少熔合比、小焊接電流、低焊接速度，焊接盡可能連續(xù)進行，中間不停止；4）焊后緩冷，并應(yīng)立即送入爐中進行消除應(yīng)力的高溫回火，隨后根據(jù)需要作相應(yīng)的熱處理。碳鋼焊接性四、高碳鋼的焊接碳鋼焊接性

五、合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接1、合金結(jié)構(gòu)鋼及其分類合金結(jié)構(gòu)鋼是在碳素鋼的基礎(chǔ)上有目的地加入一種或幾種合金元素的鋼。常用的合金元素有：錳、硅、鉻、鎳、鉬、鎢、釩、鈦、硼等。加入合金元素可使鋼的性能產(chǎn)生預(yù)期的變化，如提高其強度，改善其韌性，或使其具有特殊的物理、化學(xué)性能，如耐熱性各耐蝕性等。合金結(jié)構(gòu)鋼的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，種類繁多，可化學(xué)成分、合金系統(tǒng)、組織狀態(tài)、用途或使用性能等方面分類。例如：按合金元素總含量的多少分有：1）低合金鋼，一般w(Me)＜5%；2）中合金鋼，w(Me)=5～10%；3）高合金鋼，w(Me)＞10%；按用途合性能分有：1）強度用鋼即通常所說的高強度用鋼。2）特殊用途鋼這類鋼主要用于在特殊條件下工作的機械零件和工程結(jié)構(gòu)。碳鋼焊接性五、合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接碳鋼焊接性按供貨狀態(tài)分，強度用分為熱軋與正火鋼、低碳調(diào)質(zhì)鋼等到三類。各類鋼的組織性能有其共同點，且與焊接性密切相關(guān)。簡介如下：熱軋正火鋼是一種非熱處理強化鋼，一般是在熱軋、控軋、正火、正火加回火狀態(tài)下供貨，使用時不進行熱處理。這類鋼合金元素含量低（一般w(Me)≤3%），屈服點在295-460MPa范圍，所以又稱為低合金高強度鋼。鋼中主要元素是Mn，有些輔以V、Ti、Nb等。這類鋼被廣泛應(yīng)用于各種焊接結(jié)構(gòu)。低碳調(diào)質(zhì)鋼是一種熱處理強化鋼，一般在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下供貨。其含碳量較低，通常w(C)在0.25%以下。鋼中Mn、Mo為主要元素，有些輔以V、Cr、Ni、B等。這類鋼只需加入少量合金元素，通過調(diào)質(zhì)處理，就能獲得高的強度，又有較好的塑性和韌性?？梢灾苯釉谡{(diào)質(zhì)狀態(tài)下焊接，焊后不必進行調(diào)質(zhì)處理，必要時可進行消除應(yīng)力處理。由于這類鋼強度高、韌性好，焊接熱影響區(qū)淬硬傾向小，冷裂紋敏感性較低，所以在重大焊接結(jié)構(gòu)中得到越來越廣泛應(yīng)用。但是，這類鋼焊后在熱影響區(qū)中出現(xiàn)軟化區(qū)。碳鋼焊接性按供貨狀態(tài)分，強度用分為熱軋與正火鋼、低碳調(diào)質(zhì)鋼等到3）中碳調(diào)質(zhì)鋼也是一種熱處理強化鋼，其含碳量比低碳調(diào)質(zhì)鋼高[w(C)＞0.3%],因此淬硬性比低碳調(diào)質(zhì)鋼高很多。中碳調(diào)質(zhì)鋼常用于強度要求很高的產(chǎn)品和構(gòu)件，如火箭發(fā)動機殼體、飛機起落架等。由于它的強度和硬度很高其韌性相對較低，給焊接帶來較大困難。通常需要在退火狀態(tài)下焊接，焊后再通過整體熱處理來達到所需的強度和硬度。2、熱軋及正火鋼的焊接性在熔焊條件下熱軋及正火鋼隨著強度級別的提高和合金元素含量的增加，焊接的難度增大。這類鋼焊接的主要問題是熱影響區(qū)的脆化和產(chǎn)生各種裂紋。★熱影響區(qū)脆化1)過熱區(qū)脆化過熱區(qū)是指熱影響區(qū)中熔合線附近母材被除數(shù)加熱到到1100℃以上的區(qū)域，又叫粗晶區(qū)。由于該區(qū)溫度高，發(fā)生奧氏體晶粒顯著增大和一些難熔質(zhì)點熔入而致了性能變化。這種變化既和鋼材的類型、合金系統(tǒng)有關(guān)，又和焊接熱輸入有關(guān)，因為熱輸入直接影響高溫停留時間和冷卻速度。熱軋鋼系固溶強化鋼，在熱軋狀態(tài)下使用。導(dǎo)致熱軋鋼過熱區(qū)脆化的原因是：焊接輸入偏高，使該區(qū)的奧氏體晶粒嚴重增大，穩(wěn)定性增加。使之轉(zhuǎn)變產(chǎn)物先析鐵素體和共析鐵素體的延伸發(fā)展，除沿晶界析出外還向晶內(nèi)延伸，形成魏氏體組織及其他塑性低的混合組織，從而使過熱區(qū)脆化。因此對于像Q345（16Mn）之類固熔強化的熱軋鋼，焊接時，采用適當?shù)偷妮斎霟岬裙に嚧胧﹣硪种七^熱區(qū)奧氏體晶粒長大及魏氏組織的出現(xiàn)，是防止過熱區(qū)脆化的關(guān)鍵。

碳鋼焊接性3）中碳調(diào)質(zhì)鋼也是一種熱處理強化鋼，其含碳正火鋼過熱區(qū)脆化下熱軋鋼不同，其熱過敏性比熱鋼大，這是因為兩者合金化方式不同。對含Ti和V的15MnTi與Q420（15MnVN）鋼研究表明：隨著焊接熱輸入增大，高溫停留時間延長，Ti、V溶解得越充分，其脆化就顯著。所以用小熱輸入是避免這類正火鋼過熱區(qū)脆化的有效措施。如果為了提高正鋼的焊接生產(chǎn)效率面采用大的熱輸入焊接，在這種情況下，焊后需采用800～1100℃的正火熱處理來改善接頭韌性。2）熱應(yīng)變脆化指鋼在200℃～Ac1溫度范圍內(nèi)，受到較大的塑性變形（5%～10%）后，出現(xiàn)斷裂韌性明顯下降，脆性轉(zhuǎn)變溫度明顯升高現(xiàn)象。對Q345（16Mn）和Q420（15MnVN）等鋼研究表明，這些鋼均具有一定的熱應(yīng)變脆化傾向。消除和熱應(yīng)變脆化的有效措施是焊后退火處理。經(jīng)600℃左右的消除應(yīng)力退火后，材料的韌性基本上能恢復(fù)到原來的水平。★裂紋1)焊縫金屬的熱裂紋熱軋正火鋼一般含碳量都較低，而含錳量都較高，它們的w(Mn)/w(S)值比較大，因而具有較好的抗熱裂能，正常情況下焊縫不會出現(xiàn)裂紋。但是，當材料成分不合格，或有嚴重偏析，使局部的碳、硫含量偏高，其w(Mn)/w(S)值偏低時則易產(chǎn)生裂紋?？刂颇覆暮秃附硬牧现械奶?、硫含量，減少熔合比，增大焊縫的成形系數(shù)等都有利于防止焊縫金屬產(chǎn)生熱裂紋。

碳鋼焊接性正火鋼過熱區(qū)脆化下熱軋鋼不同，其熱過敏性比熱鋼大，這是2)冷裂紋導(dǎo)致鋼材產(chǎn)生焊接冷裂紋的三個主要因素是鋼材的淬硬傾向，焊縫的擴散氫含量和接頭的拘束應(yīng)力，其中淬硬傾向是決定性的。一般認為碳當量CE＜0.4%的鋼材焊接時基本上無淬硬傾向,焊接性良好。σs=295～390MPa的熱軋鋼如09Mn、O9MnNb、12Mn等基本屬這一類。除鋼板很厚、環(huán)境溫度很低的情況外，也和焊接低碳鋼一樣一般不需要焊前預(yù)熱和嚴格控制焊接熱輸入，也不會引起冷裂紋。隨著CE增加，其淬硬傾向也隨之增大，Q345（16Mn）、Q390（15MnV）等熱軋鋼的碳當量較上述幾種鋼稍高，其淬硬傾向相應(yīng)稍大，當冷卻速度快時，有可能產(chǎn)生馬氏體淬硬組織。在拘束應(yīng)力較大和擴散氫含量較高的情況下，就必須采取適當措施，防止冷裂紋的產(chǎn)生。碳當量CE=0.4%～0.6%的鋼，基本上屬