低碳鋼焊接技術(shù)要點(diǎn)及缺陷分析

呂光順　邵光濤

【摘 要】低碳鋼板的焊接不同于其他鋼板的焊接。在焊接工藝的實(shí)施過程中，應(yīng)針對(duì)低碳鋼板的厚度、化學(xué)成分和材料特性對(duì)焊接工藝控制進(jìn)行專門的研究和分析，通過分析找出適合焊接工藝操作的方法和策略。

【關(guān)鍵詞】低碳鋼；焊接技術(shù)；要點(diǎn)；缺陷

中圖分類號(hào)：TU391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

引言

隨著我國工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，由于低碳鋼具有良好的使用性能，低碳鋼的應(yīng)用范圍也逐步增多。低碳鋼加工工藝中，焊接工藝是最為常見的，在焊接中低碳鋼會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，散去后低碳鋼構(gòu)件可能會(huì)出現(xiàn)變形現(xiàn)象，在當(dāng)前我國焊接工作中無論是操作技術(shù)還是機(jī)械設(shè)備，相比較國外而言都較為滯后，所以低碳鋼極可能出現(xiàn)變形現(xiàn)象，會(huì)對(duì)低碳鋼構(gòu)件產(chǎn)生一定的影響，也會(huì)影響使用性能。所以必須有效避免這一現(xiàn)象，找準(zhǔn)構(gòu)件變形的具體原因，才能夠找到最為合理的解決方法。

1焊接的工藝方法的選擇

從理論上講，一般常用的焊接方法都能用于低碳鋼的焊接。其中包括埋弧自動(dòng)焊（SAW），氣體保護(hù)焊（GMAW），CO2氣體保護(hù)藥芯焊絲焊接（FCAW），手工電弧焊（SMAW）等。隨著焊接技術(shù)發(fā)展，低碳鋼化學(xué)品船液艙不銹鋼的焊接主要采用FCAW這一焊接方法。因此，選擇FCAW和傳統(tǒng)的SMAW兩種焊接方法作為本次試驗(yàn)的研究重點(diǎn)。

2低碳鋼焊接技術(shù)要點(diǎn)

2.1焊接順序

低碳鋼焊接操作中應(yīng)當(dāng)重視焊接操作順序，如果難以根據(jù)順序進(jìn)行操作，會(huì)對(duì)低碳鋼焊接產(chǎn)生極為嚴(yán)重的變形影響。在日常生活中低碳鋼材料的應(yīng)用范圍廣泛，根據(jù)大部分案例都能夠證明焊接順序的重要意義。例如對(duì)低碳鋼焊接變形的影響而言，主要原因在于改變了焊接順序。例如前后操作出現(xiàn)顛倒現(xiàn)象，嚴(yán)重影響著低碳鋼構(gòu)件，由于分布狀態(tài)和應(yīng)力發(fā)生改變，所以低碳鋼出現(xiàn)了焊接變形現(xiàn)象?；蛘呤呛附禹樞蛞罁?jù)不夠科學(xué)合理，在低碳鋼焊接過程中焊接變形現(xiàn)象的概率也會(huì)進(jìn)一步加大，低碳鋼焊接操作過程中必須有效了解低碳鋼的功能與需求，可能會(huì)發(fā)生焊接變形的部位進(jìn)行有效的焊接操作，例如構(gòu)件如果有縫隙必須馬上開始焊接，如果縫隙在焊接前出現(xiàn)，重視焊接過程中的縫隙處理工作通過分段進(jìn)行了解低碳鋼構(gòu)件的焊接順序，才能夠有效控制焊接變形現(xiàn)象。雖然部分不銹鋼并不是共同焊接的，在超大型低碳鋼構(gòu)件焊接過程中，由于難度較大是難以根據(jù)相關(guān)順序進(jìn)行焊接，所以必須要考慮焊接過程中出現(xiàn)的變形情況，才能夠有效明確焊接順序。

2.2焊接過程

鋼構(gòu)件固定與定位也會(huì)對(duì)低碳鋼變形產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，低碳鋼焊接工作過程中定位是最重要的，固定則在第二重要位置。如果固定與定位位置出現(xiàn)偏差，并未根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)操作及可能會(huì)導(dǎo)致低碳鋼構(gòu)件的部分受力不勻產(chǎn)生現(xiàn)象，但是如果兩個(gè)步驟均出現(xiàn)誤差構(gòu)建也難以使用，會(huì)產(chǎn)生極為嚴(yán)重的影響。根據(jù)當(dāng)前行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，我們能夠看出由于低碳鋼固定和定位產(chǎn)生的焊接變形現(xiàn)象極為嚴(yán)重，問題的原因在于部分操作人員出現(xiàn)操作失誤，焊接經(jīng)驗(yàn)不足，并未根據(jù)相關(guān)的操作流程進(jìn)行工作。

2.3焊接參數(shù)

這些參數(shù)影響主要體現(xiàn)在電流與電弧電壓中，應(yīng)當(dāng)確保低碳鋼焊接方法與順序，但是卻不能有效固定低碳鋼變形數(shù)值，所以在低碳鋼構(gòu)件焊接過程中，焊接電流與構(gòu)件大小有著密切的關(guān)系，如果低碳鋼構(gòu)件越大，就應(yīng)當(dāng)應(yīng)用較大的電流，為了進(jìn)一步減少局部受熱現(xiàn)象，必須嚴(yán)格控制電流，將電流控制在合理的范圍內(nèi)。

3低碳鋼焊接技術(shù)缺陷分析

3.1焊接缺陷產(chǎn)生的原因

3.1.1缺陷的種類

碳素鑄鋼與低合金高強(qiáng)結(jié)構(gòu)鋼焊接的過程中存在的焊接缺陷有裂紋、氣孔、夾雜、未熔合及未焊透等，主要缺陷是焊接裂紋問題。裂紋可能是在焊縫中心的熱裂紋，也可能是在熱影響區(qū)的冷裂紋。

3.1.2原因分析

氣孔產(chǎn)生的原因主要是母材沒有清理干凈，或是焊材沒有很好的進(jìn)行烘焙而造成的；夾雜主要是焊接操作過程中角度有問題，或?qū)娱g清理不干凈造成；未熔合和未焊透可能是因?yàn)楹附铀俣冗^快，焊接工藝不合理而造成。裂紋的產(chǎn)生原因較為復(fù)雜，需要重點(diǎn)加以介紹。裂紋產(chǎn)生的原因：（1）材料因素鑄鋼因含碳量較高含雜質(zhì)較多，在焊接熔池冷卻過程中產(chǎn)生低熔點(diǎn)共晶物，由于低熔共晶形成的液態(tài)薄膜削弱了晶粒間的聯(lián)結(jié)，在拉應(yīng)力作用下產(chǎn)生熱裂紋；碳素鑄鋼因含碳量較高，碳當(dāng)量也較高，焊接過程中熱影響區(qū)容易淬硬，在冷卻速度不當(dāng)情況下極易產(chǎn)生冷裂紋。（2）設(shè)計(jì)因素焊接接頭或坡口設(shè)計(jì)不合理，會(huì)造成焊接過程中應(yīng)力集中，或增加了母材在焊縫金屬中所占比例，或焊縫的成形系數(shù)不合理等，均會(huì)在焊接過程中產(chǎn)生裂紋。

3.2焊接缺陷的預(yù)防措施

（1）熔合比及焊縫成形系數(shù)設(shè)計(jì)合理的坡口形狀和幾何尺寸，規(guī)定適當(dāng)?shù)慕宇^裝配間隙，以降低母材在焊縫金屬中所占的比例，并控制每層的焊縫厚度，嚴(yán)格控制焊縫成形系數(shù)在合理范圍內(nèi)。（2）焊接電流與焊接速度降低焊接電流，增大熔寬與熔深的比例；加快焊接速度，降低晶間偏析程度。（3）預(yù)熱溫度與層間溫度正確控制焊前的預(yù)熱溫度及多層焊的層間溫度，降低焊縫金屬的應(yīng)變速率；焊前預(yù)熱還可降低冷卻速度，減小焊接熱應(yīng)力，也是防止焊接接頭產(chǎn)生冷裂紋的最有效措施之一，預(yù)熱溫度需按鑄鋼側(cè)所需要的溫度執(zhí)行。（4）焊后脫氫處理脫氫處理必須在焊后立即進(jìn)行，否則就失去了脫氫處理的意義，推薦的脫氫處理溫度為300～400℃，時(shí)間為1～2h。（5）焊后低溫處理若焊前未進(jìn)行預(yù)熱，可采用焊后低溫處理。焊后低溫?zé)崽幚硎侵负附咏Y(jié)束后將焊件或整條焊縫立即加熱到150～250℃的低溫范圍，并保持一定的時(shí)間。（6）焊接材料采用焊縫強(qiáng)度比母材低的焊接材料，可以增加焊縫塑性，降低接頭應(yīng)力水平，提高整個(gè)焊接接頭的抗冷裂性能，俗稱低匹配。（7）控制氫的來源控制保護(hù)氣體純度、填充材料及鋼板表面的水分，要求高時(shí)，對(duì)焊接區(qū)周圍大氣的相對(duì)濕度也要加以控制。（8）選擇低氫的焊接方法（如CO2藥芯焊絲氣體保護(hù)焊等）。

結(jié)束語

隨著我國現(xiàn)代焊接技術(shù)的發(fā)展，對(duì)焊接工藝的操作和焊接參數(shù)的確定提出了新的要求。為了通過實(shí)施焊接工藝提高機(jī)電產(chǎn)品的焊接性能，還應(yīng)分析焊接工藝的應(yīng)用和焊接參數(shù)的確定。通過本研究，總結(jié)了機(jī)電產(chǎn)品焊接技術(shù)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用：一是焊前設(shè)備的選擇；二是焊接材料的應(yīng)用；三是焊接工藝的設(shè)計(jì)。只有在焊接工藝操作過程中，根據(jù)以上步驟開展相關(guān)工作，才能充分優(yōu)化焊接工藝的應(yīng)用效果，保證最終的焊接質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]邱然鋒，李青哲，石紅信，里中忍.鈦與低碳鋼的電阻點(diǎn)焊[J].焊接學(xué)報(bào)，2018，39（04）：45-48+131.

[2]岑耀東，陳芙蓉.TRIP980高強(qiáng)鋼/SPCC低碳鋼的異種鋼板電阻點(diǎn)焊接頭組織及力學(xué)性能研究[J].材料研究學(xué)報(bào)，2018，32（03）：216-224.

[3]楊保海，劉慶.Q235低碳鋼板冷金屬過渡焊工藝研究[J].熱加工工藝，2018，47（03）：183-185.

[4]王懷利.低碳鋼MAG焊熔滴過渡分析[D].河北科技大學(xué)，2018.

[5]黃須強(qiáng)，王大偉，修世超.AISI304/低碳鋼真空擴(kuò)散焊接頭組織和性能[J].東北大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2017，38（12）：1759-1763.

[6]楊崢山，邱志軍，林煒，陳福海.高溫低碳鋼管道在役組織分析及監(jiān)督要點(diǎn)[J].化學(xué)工程與裝備，2017（08）：244-247.

[7]岳建鋒，任圣哲，李亮玉，劉文吉.低碳鋼非對(duì)稱角焊溫度場(chǎng)有限元分析[J].焊接學(xué)報(bào)，2017，38（06）：25-28+130.

[8]高紅花，劉琦暉.低碳鋼汽車板的焊接工藝及焊縫檢測(cè)研究[J].鑄造技術(shù)，2017，38（04）：921-924+931.

（作者單位：中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司）