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1、常用金屬材料碳鋼的焊接【學習目標】 本內容主要講解常用金屬材料的焊接工藝等基礎知識,要求通過本內容的學習,了解碳鋼的焊接特點與焊接工藝。綜合知識 碳素鋼的焊接碳素鋼是以Fe為基礎,以少量C為合金元素的鐵碳合金,可以簡稱為碳鋼。碳鋼有不同的分類方法,按含C量可分為低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼;按品質分可分為普通碳素鋼、優(yōu)質碳素鋼和高級優(yōu)質碳素結構鋼;按用途可分為結構鋼和工具鋼;根據(jù)某些行業(yè)特殊要求及用途,有一些專業(yè)用鋼,比如:壓力容器用碳鋼、鍋爐用碳鋼、船用碳素結構。碳鋼的焊接性主要取決于碳含量。隨著碳含量的增加,焊接性逐漸變差。碳鋼中的Mn和Si對焊接性也有影響,隨著它們
2、含量的增加,焊接性變差,但不及碳作用強烈。把鋼中合金元素的含量按其作用換算成碳的相當含量,就叫做碳當量。它可作為評定鋼材焊接性的一種參考指標。這樣,就可以把C、Mn和Si對焊接性的影響匯合成一個適用于碳素鋼的碳當量Ceq經驗公式:Ceq值增加,產生冷裂紋的敏感性增大,焊接性變差。通常,當Ceq值小于0.4%時,鋼材的淬硬傾向不大,焊接性良好,不需預熱。Ceq值在0.4%~0.6%之間時,鋼材的淬硬傾向大,冷裂紋的敏感性將增大,焊接性一般,焊接時需要采取一些工藝措施,如預熱等。Ceq值大于0.6%時,焊接性變得很差。碳鋼中的雜質(如S、P、O、N)和一些微量元素(如C
3、r、Mo、V、Cu)等對焊接接頭的裂紋敏感性和力學性能都有重大影響。實際上,焊接性的好壞不只取決于合金元素的含量,還取決于焊接接頭冷卻速度。尤其中、高碳鋼在某種焊接熱循環(huán)的作用下,冷卻速度較快,碳鋼可能在焊縫和熱影響區(qū)中形成馬氏體組織,馬氏體量越多,硬度越高,焊接性越差,產生裂紋傾向越大,因此,焊接時控制冷卻速度也成為至關重要的問題。采用預熱、控制層間溫度和后熱,或使用大焊接熱輸入,都能降低焊接接頭冷卻速度,從而控制組織和硬度,減小冷裂紋的可能性。除上述影響碳鋼焊接性的諸多因素以外,母材焊前熱處理狀態(tài)對焊接性影響也是碳鋼焊接時不容忽視的問題。能力知識點1低碳鋼的焊接
4、1.低碳鋼的焊接特點低碳鋼碳含量較低,Mn、Si含量又少,所以,通常情況下不會因焊接而引起嚴重硬化組織或淬火組織。這種鋼材的塑性和沖擊韌度優(yōu)良,焊成的接頭塑性和沖擊韌度也很好,焊接時,一般不需預熱、控制層間溫度和后熱,焊后也不必采用熱處理改善組織??梢哉f,整個焊接過程中不需要特殊的工藝措施,其焊接性優(yōu)良。但在少數(shù)情況下,低碳鋼的焊接性也會不好,焊接時出現(xiàn)困難,例如:低碳鋼母材成分不合格,S、P、O等雜質含量過高,焊接方法選擇不當?shù)取?傊?,低碳鋼是最容易焊接的鋼種,但有時也會出現(xiàn)某種問題。許多焊接方法都適用于低碳鋼焊接,并能獲得良好的焊接接頭。目前,焊條電弧焊、二氧化
5、碳氣體保護焊、氬弧焊、埋弧焊、電渣焊、氣焊、電阻焊等都是焊接低碳鋼的成熟焊接方法。2.焊接方法和焊接材料的選擇(1)焊條電弧焊焊接低碳鋼時大多采用焊條電弧焊,低碳鋼選用焊條的主要原則是等強度原則,大多使用E43××系列的焊條,因為低碳鋼通常的抗拉強度平均值為417.5MPa,而E43××系列焊條熔敷金屬的抗拉強度不小于420MPa,在力學性能上正好與之匹配。這一系列焊條有多種型號,商品牌號更多,可根據(jù)具體母材、受載情況等加以選用,比較重要的結構或受載情況復雜的結構,盡量選用低氫型焊條,表5-1為幾種情況的舉例。其他鋼材選用焊條請參照JB/T4709—2007等行業(yè)標
6、準或國家標準。(2)二氧化碳氣體保護焊 近年來,二氧化碳氣體保護焊用來焊接低碳鋼也很普遍。二氧化碳氣體保護焊用焊絲可分為實心焊絲和藥芯焊絲兩大類,低碳鋼選用焊絲的主要原則也是等強度原則,舉例見表5-1。其他請參照GB/T8110—1995《氣體保護焊用碳鋼、低合金鋼焊絲》等國家標準。焊接用的CO2氣體純度應不低于99.5%。(3)埋弧焊 低碳鋼的焊接采用埋弧焊的也很多,尤其是中、厚度鋼板。低碳鋼埋弧焊一般選用實芯焊絲H08A或H08MnA等,它們與高錳高硅低氟熔煉焊劑HJ430、HJ431或HJ433配合,應用甚廣。燒結焊劑應用也日益廣泛,有的燒結焊劑附加鐵粉,可以
7、在襯墊上單面焊雙面成形,焊縫美觀,效率甚高。幾種低碳鋼埋弧焊常用焊接材料的選用舉例,見表5-1。(4)手工TIG焊 在比較重要的結構中,低碳鋼管對焊時,一般要求焊接接頭必須是全焊透結構。許多工廠采用手工TIG焊封底,焊條電弧焊填充和蓋面的方法或全部采用手工TIG焊焊接。低碳鋼TIG焊用焊絲盡量選用專用焊絲以減少化學成分的變化,保證焊縫一定的力學性能,20、20g、20R這類鋼一般采用H08Mn2SiA就可以了,焊接時所用Ar氣體純度應不低于99.99%。低碳鋼焊接可采用的焊接方法還有很多,比如窄間隙埋弧焊、氣焊、電渣焊等。在鍋爐和壓力容器制造中,還有不少其他焊接