分享 | 常用金屬材料的焊接

1 什么是焊接性？試述碳鋼的焊接性。

焊接性是指材料在限定的施工條件下焊接成按規(guī)定設(shè)計要求的構(gòu)件，并滿足預(yù)定服役要求的能力。焊接性受材料、焊接方法、構(gòu)件類型及使用要求四個因素的影響。

碳鋼是以鐵元素為基礎(chǔ)的，鐵碳合金，碳為合金元素，其碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過1%，此外，錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過1.2%，硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過0.5%，后兩者皆不作為合金元素。其它元素如Ni、Cr、Cu等均控制在殘余量的限度以內(nèi)，更不作為合金元素。雜質(zhì)元素如S、P、O、N等，根據(jù)鋼材品種和等級的不同，均有嚴(yán)格限制。因此，碳鋼的焊接性主要取決于含碳量，隨著含碳量的增加，焊接性逐漸變差，其中以低碳鋼的焊接性好，見表1。

表1 碳鋼焊接性與含碳量的關(guān)系

2 什么是碳當(dāng)量？碳鋼的碳當(dāng)量如何計算？

把鋼中合金元素（包括碳）的含量按其作用換自成碳的相當(dāng)含量，稱為該種鋼材的碳當(dāng)量，可作為評定鋼材焊接性的一種參考指標(biāo)。

碳鋼中的元素除C外，主要是Mn和Si，它們的含量增加，焊接性變差，但其作用不及碳強(qiáng)烈。焊接學(xué)會推薦的碳當(dāng)量公式為

隨著碳當(dāng)量值的增加，鋼材的焊接性會變差。當(dāng)CE值大于0.4%～0.6%時，冷裂紋的敏感性將增大，焊接時需要采取預(yù)熱、后熱及用低氫型焊接材料施焊等一系列工藝措施。

3 利用碳當(dāng)量值評價鋼材焊接性有何局限性？

碳當(dāng)量值只能在范圍內(nèi)，對鋼材概括地、相對地評價其焊接性，這是因為：

1）如果兩種鋼材的碳當(dāng)量值相等，但是含碳量不等，含碳量較高的鋼材在施焊過程中容易產(chǎn)生淬硬組織，其裂紋傾向顯然比含碳量較低的鋼材來得大，焊接性較差。因此，當(dāng)鋼材的碳當(dāng)量值相等時，不能看成焊接性就完全相同。

2）碳當(dāng)量計算值只表達(dá)了化學(xué)成分對焊接性的影響，沒有考慮到冷卻速度不同，可以得到不同的組織，冷卻速度快時，容易產(chǎn)生淬硬組織，焊接性就會變差。

3）影響焊縫金屬組織從而影響焊接性的因素，除了化學(xué)成分和冷卻速度外，還有焊接循環(huán)中的最高加熱溫度和在高溫停留時間等參數(shù)，在碳當(dāng)量值計算公式中均沒有表示出來。

因此，碳當(dāng)量值的計算公式只能在鋼種范圍內(nèi)，概括地、相對地評價鋼材的焊接性，不能作為準(zhǔn)確的評定指標(biāo)。

4 試述低碳鋼的焊接性。

由于低碳鋼含碳量低，錳、硅含量也少，所以，通常情況下不會因焊接而產(chǎn)生嚴(yán)重硬化組織或淬火組織。低碳鋼焊后的接頭塑性和沖擊韌度良好，焊接時，一般不需預(yù)熱、控制層間溫度和后熱，焊后也不必采用熱處理改善組織，整個焊接過程不必采取特殊的工藝措施，焊接性優(yōu)良。

但在少數(shù)情況下，焊接時也會出現(xiàn)困難：

1）采用舊冶煉方法生產(chǎn)的轉(zhuǎn)爐鋼含氮量高，雜質(zhì)含量多，從而冷脆性大，時效敏感性增加，焊接接頭質(zhì)量降低，焊接性變差。

2）沸騰鋼脫氧不完全，含氧量較高，P等雜質(zhì)分布不均，局部地區(qū)含量會超標(biāo)，時效敏感性及冷脆敏感性大，熱裂紋傾向也增大。

3）采用質(zhì)量不符合要求的焊條，使焊縫金屬中的碳、硫含量過高，會導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋。如某廠采用酸性焊條焊接Q235－A鋼時，因焊條藥皮中錳鐵的含碳量過高，會引起焊縫產(chǎn)生熱裂紋。

4）某些焊接方法會降低低碳鋼焊接接頭的質(zhì)量。如電渣焊，由于線能量大，會使焊接熱影響區(qū)的粗晶區(qū)晶粒長得十分粗大，引起沖擊韌度的嚴(yán)重下降，焊后必需進(jìn)行細(xì)化晶粒的正火處理，以提高沖擊韌度。

總之，低碳鋼是屬于焊接性好、容易焊接的鋼種，所有焊接方法都能適用于低碳鋼的焊接。

5 低碳鋼焊接時，如何正確地選用焊接材料？

⑴手弧焊焊條的選用 常用低碳鋼Q235的抗拉強(qiáng)度平均值為417.5MPa，根據(jù)等強(qiáng)度原則，與之匹配的焊條應(yīng)為E43系列。幾種不同鋼號的低碳鋼手弧焊時焊條的選用，見表2。

表2 低碳鋼手弧焊時焊條的選用

注：表中括弧內(nèi)的焊條型號表示可以代用。

⑵埋弧焊焊絲和焊劑的匹配選用 低碳鋼埋弧焊時焊絲和焊劑的匹配選用，見表3。

表3 低碳鋼埋弧焊焊絲與焊劑的匹配選用

⑶CO2焊絲的選用 實芯焊絲選用牌號為H08Mn2Si和H08Mn2SiA兩種，焊后熔敷金屬強(qiáng)度偏高。藥芯焊絲選用牌號為YJ502-1、YJ506-2、YJ506-3、YJ506-4。

⑷電渣焊焊絲和焊劑的匹配選用 電渣焊熔池溫度比埋弧焊低，所以焊劑中的硅、錳還原作用弱，應(yīng)選用含錳、含硅量較高的焊絲。常選用H10Mn2、H10MnSi焊絲配合焊劑HJ360或H10MnSi焊絲配合焊劑HJ431。

6 低碳鋼在低溫下如何施焊？

嚴(yán)冬條件下焊接低碳鋼結(jié)構(gòu)時，由于焊接接頭的冷卻速度快，使裂紋傾向增大，特別是厚大結(jié)構(gòu)的焊縫容易開裂，為此必需采取如下工藝措施：

1）焊前預(yù)熱，焊接過程中嚴(yán)格保持層間溫度不應(yīng)低于預(yù)熱溫度。

2）采用低氫或超低氫焊接材料。

3）定位焊時加大焊接電流，減慢焊接速度，適當(dāng)增加定位焊縫的截面積和長度，必要時進(jìn)行預(yù)熱。

4）整條焊縫應(yīng)盡量連續(xù)焊完，避免中斷。

5）不應(yīng)坡口面以外的母材上進(jìn)行引弧，熄弧時需填滿弧坑。

6）盡可能不在低溫條件下進(jìn)行彎板、矯正和裝配焊件。

各種金屬結(jié)構(gòu)低溫焊接時的預(yù)熱溫度見表4。管道、壓力容器低溫焊接時的預(yù)熱溫度見表5。

表4 低碳鋼金屬結(jié)構(gòu)低溫焊接的預(yù)熱溫度

表5 低碳鋼管道、壓力容器低溫焊接的預(yù)熱溫度