含碳量较高的中碳钢焊接工艺.pdf

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1、 含碳量较高的中碳钢焊接工艺 45#钢（含碳量为 0.420.5%）是一种优质碳素结构钢，可进行各种热处理，它不仅可以做结构件，还可以做工具。多年来，这一钢种虽然已累积有丰富的生产与应用的经验，但在生产实际中，仍会出现许多使用不当之处，使得生产工作不能顺利进行。本文从含碳量较高的 45#在焊接施工过程中出现的问题以及具体的解决方案这方面来详细论述一下其焊接工艺。标签：45#钢;含碳量;焊接工艺 1、中碳钢焊接特点 中碳钢一般是指含碳量在 0.250.60%左右的碳钢。中碳鋼手工电弧焊接的主要特点如下：1.1 母材近缝区容易产生低塑性的淬硬组织。含碳量越高，板壁厚，这种淬硬倾向也越大。焊件刚度较

2、大，冷却速度较快和焊条选用不当时，容易产生冷裂纹。1.2 由于母材熔化到第一层焊缝金属中的比例为 30%左右，所以焊缝的含碳量较高，其结果是焊缝金属容易产生热裂纹和冷裂纹。高强度中碳调质钢，具有一定的塑性、韧性和强度，切削性良好，调质处理后有很好的综合力学性能，淬透性较差，容易产生裂纹，焊接性能不高，焊接之前需要很好预热，焊后需要热处理。2、45#钢焊接实例 2.1 焊接问题的出现 善水船务 5200HP 拖轮项目用甲板机械项目中，图纸要求卷筒轴套材质为45#钢锻件，而与轴套焊接的面板材质为Q235B钢板。鉴于以前焊接同类构件的经验数据，以及甲板机械焊接工艺评定指导书的要求，此次施工仍采用二氧

3、化碳气体保护焊方式焊接，焊丝为 YHT-51B 药芯焊丝。但是焊后发现在焊缝存在大量裂纹，且裂纹集中在焊缝与 45#钢母材上，而不是焊缝自身出现裂纹，这就使我们不得不把注意力集中在了材质为 45#钢的轴套锻件上了。2.2 焊接问题的研究及解决方法的试验 经查阅相关资料，了解到国标规定，45#钢含碳量为 0.420.5%。因此我们与锻件供货厂家联系，要求其提供轴套锻件的具体含碳量，厂家给出的结论是含碳量 0.48%，超过了 45#钢 0.45%的平均含碳量，但是也在合理的范围内，属合格产品。因此，我们只能从焊接工艺上去考虑如何调整以顺利完成生产任务了。查阅了相关资料，我们了解到，含碳量较高的材质

4、焊接需要对母材进行焊前预热、焊后保温处理，对于具体的焊接方案，我们还需要在研究了已经焊过但是出现裂纹的构件之后才能制定。对开裂构件，我们用气刨将焊缝清除，发现问题根源在于焊缝与 45#钢母材未熔合。我们猜测应该问题应该出在 YHT-51B 药芯焊丝上。为了验证猜测的准确性，我们用供货厂家提供的同一炉批的 45#钢圆柱形锻件与 Q235B 钢板做了以下两个试验。1.焊前预热，采用二氧化碳气体保护焊方式焊接，焊丝为 E309LMoT1-1 药芯焊丝，焊后保温缓冷。按照供货厂家的建议，他们在实际工作中也遇到过同类问题，处理方法是用E309LMoT1-1 药芯焊丝焊接，焊前预热，焊后保温缓冷。E309

5、LMoT1-1 是一种CO2 气体保护不锈钢药芯焊丝，电弧柔和稳定，飞溅少，成形美观，脱渣容易，具有良好的焊接工艺性能，可进行全位置焊接。熔敷金属具有良好的力学性能及抗晶间腐蚀性能。用于焊接耐硫酸介质（硫氨）腐蚀的同类型不锈钢容器，也可作不锈钢衬里、复合钢板、异种钢的焊接。2.焊前预热，采用手工电弧焊方式焊接，焊条为 J507，焊后保温缓冷。J507 是低氢钾型焊条，它是一种碱性焊条，可以焊接结构钢材及典型的 Q235等钢材，其抗拉强度相对于 E4315 等普通焊条大得多，所以一般焊接受力较大或受动载荷的钢结构焊接中。经过试验，方法一还未焊接完成就已经出现了裂纹，试验失败。方法二焊接完成后无裂

6、纹，经过保温缓冷，观察表面没有发现焊接缺陷，经 PT 和 MT 检测，均无任何问题。2.3 制定焊接方案 根据上述试验结果，我们决定按照第二种方法对构件进行焊接。具体焊接要求如下：2.3.1 焊条焊前须经 300350烘焙 1h，随烘随用。2.3.2 焊前须清除焊件的铁锈、油污、水分等杂质，对于本项工作来说，要仔细清理焊渣等杂质，用砂轮机打磨，务必将之前焊接的焊缝彻底清理干净，以防焊接时出现夹渣等焊接缺陷。2.3.3 焊前对构件预热至 150。2.3.4 焊接时，采取分段焊、跳焊的焊接方式，注意焊接顺序，注意控制层间温度在 120以下。2.3.5 轴套需要正反两面焊接，焊接正面时，需要在反面加

7、筋板支撑，以控制焊接变形，焊接成型后，锤击去应力。2.3.6 采用埋弧焊剂作为保温材料，要求焊剂温度在 300以上，对焊接完成的部位及时保温。2.3.7 全部焊接完成保温缓冷后，对焊缝进行无损检测，采取 PT 和 MT 两种方式。2.3.8 清理飞溅。至此，轴套的焊接工作圆满结束。3、小结 经过上述试验及实际施工，加上查阅各种资料，我们总结了焊接中碳钢需要采取的措施如下：1.尽可能选用碱性低氢型焊条。这类焊条的抗冷裂及抗热裂能力较高。个别情况下，通过严格控制预热温度和尽量减少母材熔深即减少焊缝中的含碳量等工艺措施，采用钛铁钙型焊条也可能得到满意效果。当焊接接头的强度不要求和母材相等时，应选用强

8、度低的碱性低氢焊条，如 J507。这类焊条焊接的焊缝塑性好、产生冷裂及热裂的危险性更小。表1 列出中碳钢焊接及补焊用焊条的选择。表 1 中碳钢焊接及补焊用焊条的选择 钢号 焊件含碳量（%）焊 接 件 焊件力学性能（）选用焊条型号 s b K 不要求 等强度 要求等强度 （MPa）（MPa）（%）（%）（J）35#ZG270500 0.320.40 0.310.40 一般 315 270 530 500 20 18 45 25 55 22 E4303，E4301 E4316，E4315 E5016 E5015 45 ZG310570 0.420.50 0.410.50 較差 355 310 60

9、0 570 16 15 40 21 39 15 E4303，E4301 E4316，E4315 E5016，E5015 E5016 E5015 55 ZG340340 0.520.60 0.510.60 很差 380 340 645 640 13 10 35 18 10 E4303，E4301 E4316，E4315 E5016，E5015 E5016 E5015 在特殊情况下，可采用铬镍不锈钢焊条焊接或补焊中碳钢。其特点是在焊前不预热的情况下，也不容易产生近缝区冷裂纹。用于焊接中碳钢的铬镍不锈钢焊条有 A302、A307、A402、A407 等。采用这类焊条焊接时，电流要小，焊接层数要多，操

10、作时母材熔深要浅。但成本高，一般不宜采用。2.焊前预热和焊后保温是焊接和补焊中碳钢的主要工艺措施，尤其是焊件的厚度、刚度较大时，预热有利于减低热影响区最高硬度，防止产生冷裂纹，并能改善接头的塑性。整体预热和恰当的局部预热还能减小焊后残余应力。含碳量不同的中碳钢的焊接和补焊的预热温度没有统一规定。这是因为选择预热温度不仅由焊条的含碳量来决定，而且还受其他因素的影响，例如焊件的大小及厚度、焊条类型、焊接参数以及结构的刚度等。一般情况下，35 号钢和 45 号钢（包括铸钢）预热温度可选用 150250。含碳量再高或者因厚度和刚度很大，裂纹倾向大时，可将预热温度提高到 250400。3.焊后最好对焊件立即进行消除应力的处理，特别是对于大厚度焊件、高刚性结构件以及严厉条件下（动载荷或冲击载荷）工作的焊件更应如此。消除应力的回火温度为 600650。对于较小的构件（如本文中提到的轴套焊接）可采用 2.3.5 中提到的锤击法消除应力。参考文献：1焊接工艺，化学工业出版社，2009.02 2焊接手册，机械工业出版社，2001.07 3 WPS-001006 甲板机械焊接工艺评定（光洋焊评），港航资料