在线客服

咨询热线

高碳钢的焊接性与焊接缺陷分析

作者:未知

  【摘 要】高碳钢主要用于要求高硬度和耐磨性的机械零件,如主轴、大齿轮和联轴器。为了节约钢材和简化加工工艺,这些机械零件经常采用焊接结构相结合。高碳钢构件的焊接问题在重型机械制造中也存在。在制定高碳钢焊接工艺时,应综合分析各种焊接缺陷,并采取相应的焊接工艺措施。
  【关键词】高碳钢;焊接性;焊接缺陷
  中图分类号:TE963 文献标识码:A
  引言
  本文主要对高碳钢的焊接性与焊接缺陷进行了简要的分析,希望可以为相关工作人员提供一定的参考。
  1高碳钢的焊接性分析
  1.1焊接材料
  材料的焊接性主要是指材料能被焊接的能力以及焊接难度。一般来说,材料如果可以通过常规的焊接,就能保持材料结合紧密,结构质量良好,焊接不出现裂纹的话,就说明该种材料的焊接性良好。如果材料只能通过特殊的焊接方式才能获得良好的焊接接头,说明该材料具有一定的焊接性。如果材料无论采取何种的焊接工艺,都不能有效的焊接,说明这种材料的焊接性很差,不适合用于需要焊接的设备当中。高碳钢材料在焊接过程中,内部的碳元素会成为焊接的杂质,降低焊接的效果,因此含碳量越低,焊接性能就越好,反之亦然。这里主要是对中碳钢的焊接方式进行研究,由于中碳钢的焊接性较差,在焊接的过程中经常会出现裂纹还有气孔,而且焊接出的接头呈现脆性,因此高碳钢材料的焊接一般会采用焊条手工电焊弧焊接。对于高碳钢结构的大型构件焊接,可以选用手工电渣焊,这种焊接方式焊接面积大,焊接强度高。
  1.2坡口制备
  为了限制焊缝金属中碳的质量分数,应减少熔合比,所以焊接时一般采用U型或V型坡口,并注意将坡口及坡口两侧20mm范围内的油污、铁锈等处理干净。
  1.3预热
  预热目的主要是减少焊件和焊缝的温度梯度,降低焊接接头的冷却速度,减少温差所造成的应力和淬硬组织,改善焊接头的性能、降低焊接区域硬度、减少残余应力以及排除焊缝区内氢等有害气体。预热是防止冷裂纹产生的有效措施之一。采用结构钢焊条焊接时,焊前必须预热,预热温度控制在250℃~350℃。1.5层间处理多层多道焊时,第一道焊采用小直径焊条,小电流焊接。一般将工件置于半立焊或使用焊条横向摆动,以使整个母材热影响区都在短时间内受热,以获得预热和保温效果。
  1.6焊后热处理
  焊后立即将工件放入加热炉中,在650℃进行保温进行消除应力退火。焊后执行稳定化退火处理(接头加热到850℃,保温2h,空冷)消除应力和表面酸洗、钝化处理。对奥氏体不锈钢轧制炉管和管件,如原材料要求做稳定化处理,则其焊接接头应进行稳定化处理,其热处理工艺同原材料。
  2高碳钢的焊接缺陷分析
  2.1裂纹
  由于部件材质在进行理化检验时候化学分析结果不稳定,一些金属元素的数量会变化,容易出现其他含量的金属杂质,也是由于这些杂质致使其间也就容易出现焊接裂纹。除此之外,使用碳弧气刨倒坡口,极容易会导致焊区的局部出现碳化等现象,这样焊缝的局部就会形成珠光体,而且脆性较大,在整个结晶的过程中,极有可能会产生裂纹。焊接时选用低氢型焊条及碱性焊剂,必须控制低含氢量,这对防止冷裂纹至关重要,为此,焊前焊条应严格按规范烘干、保存、发放、回收。若设计允许应采用比母材强度低一级的焊条进行打底、焊接。采用预热(保持层间温度)、后热等措施,防止出现冷裂纹。严格控制焊缝金属中的S、P含量,尽可能降低焊接线能量,选用合适的坡口尺寸,以形成形状系数大的焊缝等措施,防止产生热裂纹。
  2.2变形
  部件在焊接的过程中,使焊缝出现焊接变形的情况,但由于部件的刚度大,产生的内应力较大而导致焊缝裂纹。有些焊缝裂纹严重的会导致压力容器爆炸,部件的角变形与错边导致的,这一缺陷会导致容器的焊接处出现结构不连续等现象,导致了焊接的边缘出现一系列的裂纹。该类缺陷的特点是由于应力都过于集中在焊缝接触处,会加大风险,同时增加出现安全事故的可能性。
  3高碳钢的焊接缺陷预防措施
  3.1防止裂纹措施
  (1)要求S≤0.02%,适当提高碳含量,使之形成双相组织。(2)在明弧手工焊时,可在焊条药皮中加入适当金属或铁合金粉末,通过焊条药皮来实现焊缝的掺合金。(3)采用镍基焊条可减少热裂纹。(4)酸性焊条易形成裂纹,原因是会使焊缝柱状晶突出,非金属夹杂物沿柱状晶粒边界分布,使焊缝被其污染,造成热裂纹,所以要用碱性低氢型焊条,增加焊缝的抗裂性能。(5)因奥氏体钢导热性差,奥氏体钢的熔化深度大,所以要用短弧焊,小电流(85~95A为宜),快速焊焊接,采用多层多道,氩弧焊,把焊口处焊接应力控制在最小范围。(6)为防止弧坑裂纹,断弧时要进行弧坑处理。(7)制氢转化炉上下尾管由冷弯形成,不允许有裂纹。尾管表面不允许有大于0.3mm深的划痕。
  3.2重视焊事项和操作方法
  一是焊接前对气体流量做检查,严格控制气体流量,对焊枪喷嘴进行彻底清理;二是严格控制焊接工艺参数的设定和调节,做到打底、填充、表面焊接电流电压的微调;三是打底焊时电流、电压配比倾向于电压稍大,为了更好地熔合与背透,焊接速度快而薄,避免余高过高,产生死角不利于焊接;四是填充时,电流电压可适当加大,可调节到工藝参数要求的上线,这样易于熔池的流动,有害物质的溢出;五是表面焊接时要适当调低电流和电压,倾向于电流稍大,因为这样做可以略增加余高的高度,不至于过平或出现低洼,还可避免焊缝过热而出现的热收缩坑;六是层间温度要控制在250℃以下才能焊接;七是注意层间的修磨不易过大,避免出现坑洼及难熔合的死角而不利于有害于焊缝物质的溢出;八是.尽可能地把焊缝位置放置在水平位置,易于焊接;九是在焊接过程中严格把握焊接每一层的厚度,太厚不利于有害物质的溢出。
  3.3加强焊接后的质量控制
  焊接之后的检查养护工作也是质量控制的重要组成部分。在完成焊接之后,首先应该做好表面的清洁工作,将焊接处的金属熔渣还有尖锐突起进行处理,让表面尽量保持光滑。其次是对焊接处进行性能检测,检测内容包括致密性、强度还有连接性能等,要确保焊接过后的材料能够有效地结成整体。最后是焊接修补,当发现焊接存在不合理地方时,应该根据具体焊接情况设置相应的修补方案。要注意的是,在焊接过程中要做好焊接工作的记录与备案,方便在后期使用过程中焊接区域出现问题时进行信息查询,配合完成故障处理。
  结束语
  综上所述,高碳钢由于含碳量较高,淬硬性较大而焊接性较差,焊接时容易产生高碳马氏体组织,容易产生焊接裂纹,因此在高碳钢焊接时,要合理选择焊接工艺,并及时采取相应措施,减少焊接裂纹的出现,提高焊接接头性能。
  参考文献:
  [1]周军,黄建鹏,贾小磊,陈永刚.不等间隙碳钢厚板机器人埋弧焊焊接工艺研究[J].金属加工(热加工),2018(09):12-14.
  [2]文杰.高碳钢板与铝箔的爆炸覆合技术[N].世界金属导报,2017-03-14(B04).
  [3]冯昌文,余圣甫,闫宁.焊接热循环对U71Mn铁轨钢热影响区粗晶区组织性能的影响[J].新技术新工艺,2013(04):80-83.
  [4].高碳钢的焊接[J].电焊机,2009,39(12):66.
  [5]张方.高碳钢轨道焊接技术浅论[J].金属加工(热加工),2009(10):41-42.
  [6]孙建阁,黎振华,蒋业华,李大东,张开华.低合金高碳钢焊接热影响区的连续冷却转变曲线[J].机械工程材料,2009,33(01):17-19+39.
  (作者单位:中车青岛四方机车车辆股份有限公司)
论文来源:《科学导报·科学工程与电力》 2019年7期
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14738718.htm