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  • 常用钢材金属材料的焊接

    作者:admin发表时间:2022-04-08

      焊接性是指材料在限定的施工条件下焊接成按规定设计要求的构件,并满足预定服役要求的能力。

      碳钢是以铁元素为基础的,铁碳合金,碳为合金元素,其碳的质量分数不超过1%,此外,锰的质量分数不超过1.2%,硅的质量分数不超过0.5%,后两者皆不作为合金元素。其它元素如Ni、Cr、Cu等均控制在残余量的限度以内,更不作为合金元素。杂质元素如S、P、O、N等,根据钢材品种和等级的不同,均有严格限制。因此,碳钢的焊接性主要取决于含碳量,随着含碳量的增加,焊接性逐渐变差,其中以低碳钢的焊接性最好,见表1。

      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

      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。

      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。

      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。

      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。

      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。

      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。

      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。

      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:

      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。

      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。

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