浅谈低碳钢的焊接性与焊接缺陷的预防措施

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　　【摘 要】低碳钢由于含碳量较低，焊接性较好，在焊接生产上得到了广泛的应用。本文分析了低碳钢的焊接性和常见焊接缺陷，并针对各种焊接缺陷提出了预防措施。
　　【关键词】低碳钢；焊接性；焊接缺陷
　　中图分类号：U671 文献标识码：A
　　引言
　　低碳钢的碳含量较低，合金元素锰和硅的含量亦不高。总的来说，其焊接性良好，不会因焊接热周期的快速冷却，引起淬硬而使组织脆化。因此，在焊接板厚小于70mm的焊件时，焊前不需预热，不必严格保持层间温度。除了锅炉、压力容器等重要的焊接结构外，焊后不必作消除应力处理，整个焊接过程不必采取特殊的工艺措施，焊接性能优良。当采用高热输入焊接法焊接低碳钢时，也会出现各种问题。
　　1、低碳钢的焊接性
　　1.1焊接方法
　　低碳钢焊接性好，几乎可以选择所有的焊接方法，并能保证焊接接头的良好质量，例如氧乙炔、焊条电弧焊、埋弧焊、氩弧焊、二氧化碳气体保护焊、电渣焊、等离子弧焊、电阻焊、摩擦焊和钎焊等。近年来新开发的一些高效、高质量的焊接方法和焊接工艺也低碳钢焊接中得到了广泛应用，例如高效率铁粉焊条和重力焊条电弧焊、氩弧焊封底-快速焊剂埋弧焊、窄间隙埋弧焊、药芯焊丝气体保护焊等[2]。
　　1.2焊接材料
　　低碳钢焊接时选择材料应遵循等强度匹配的原则，也就是根据母材强度等级及工作条件来选择焊接材料。低碳钢结构通常使用抗拉强度平均值为420MPa的钢材，而E43xx系列焊条熔敷金属的抗拉强度不低于420MPa，在力学性能上正好与之相互匹配。这一系列焊条有多种型号，可根据具体情况选用。
　　1.3低碳钢施焊工艺要点
　　低碳钢焊接时一般不需要特殊的工艺措施，但在工件厚度较大或环境温度较低（T≤0℃）时，会因冷却速度加快而导致接头裂纹倾向增加，例如在焊接直径大于3000mm且壁厚不小于50mm的结构，焊接壁厚不小于90mm的第一道焊道，受压容器壁厚不小于20mm时的焊缝等均有可能产生裂纹，因此焊接时应采取如下工艺措施：1）焊前预热，焊接时保持道间温度。预热温度根据实践经验和实验结果来确定，不同产品的预热温度有所不同。2）采用低氢或超低氢型焊接材料。3）连续施焊整条焊缝，避免中断。4）在坡口内引弧，避免擦伤母材，注意息弧时填满弧坑。5）不在低温下进行成形、矫正和装配。6）尽可能改善严寒的劳动条件。上述措施可单独使用，有时需要综合使用。
　　2、焊接缺陷的产生及其预防
　　常见的焊接内部缺陷有：气孔、夹渣、裂纹、未熔合、未焊透等。影响焊接质量的因素很多，如母材及焊接材料的质量、坡口加工和装配精度、坡口表面清理状况、焊接设备、工艺参数、工艺规程、焊接技术水平、天气状况等。任何一个环节处理不当，都会产生焊接缺陷，影响焊接质量。
　　2.1焊缝外形尺寸和形状不符合要求
　　焊缝表面高低不平、焊波宽窄不齐、成形粗劣、焊缝尺寸过大过小等，都属于焊缝外形尺寸和形状不符合要求，它会降低焊接接头强度，如果焊缝增高量过高，在截面过渡处会造成应力集中。造成焊缝外形尺寸和形状不符合要求的原因有：焊件坡口角度不对或装配间隙不匀；焊接规范选用不适当或操作不熟练等。防止措施是选用合适的坡口角度和装配间隙，正确选择焊接电流和焊接速度，采用合适的运条手法和角度，并随时注意适应焊件坡口的变化。
　　2.2咬边
　　咬边是指在焊件沿焊缝边缘的形成的沟槽或凹陷。它不仅减小焊接接头工作截面，而且在咬边处还会造成应力集中。在重要的结构或承受动载荷的结构中，一般不允许咬边存在，或对咬边深度有所限制。咬边是由于焊件被熔化去一定深度，而填充金属又未能及时补充所致。造成咬边的原因有：焊接电流过大；运条速度过快；电弧拉得过长；焊条角度不当等。预防的方法是选择合适的焊接电流和运条手法，并随时注意控制焊条角度和电弧长度。
　　2.3焊瘤
　　熔化金属流淌到焊缝之外未熔化的母材上的形成的金属瘤称为焊瘤。它常出现在立、横、仰焊焊缝表面或无衬垫单面焊双面成形焊缝的背面。焊瘤不仅影响美观，还会造成表面夹渣。产生焊瘤的主要原因是运条不匀，操作不够熟练。另外，立、仰焊时，焊接电流过大或电弧过长也会产生焊瘤。预防方法是掌握熟练的操作技术，保持运条均匀，使用碱性焊条时，应采用短弧焊接，立、仰焊时，焊接电流应比平焊缝小10%-15%。
　　2.4弧坑
　　由于断弧或收弧不当，在焊道末端形成低洼的坑穴称为弧坑。弧坑中常伴有裂紋和气孔等缺陷，使该处焊缝的强度降低。产生弧坑的主要原因有：熄弧时间过短或焊接突然中断；焊接薄板时电流过大。预防方法是选用合适的焊接电流，收弧时焊条应作短时间停留或作几次环形运条。
　　2.5气孔
　　焊接过程中，如果熔池中的气泡在熔池金属凝固时未能逸出，就会在焊缝内部或表面形成气孔。气孔会使焊缝的有效截面减小，降低焊接接头的强度，破坏焊缝金属的致密性。产生气孔的原因有：坡口边缘不清洁，有水、油、锈等杂质；焊条或焊剂受潮，含有水分；焊条锈蚀或药皮变质、剥落等。另外，采用碱性焊条焊接时，如果电弧拉得过长或焊接速度过快，也会产生气孔。预防气孔的方法是严格按规定保管和烘干焊接材料，焊前认真清理坡口边缘的杂质，选择合适的焊接电流和焊接速度，控制焊接电弧长度。
　　2.6夹渣
　　如果焊接时形成的熔渣未能完全浮到表面而残留在焊缝金属中，就会产生夹渣。夹渣会减小焊缝的有效工作截面，造成应力集中，降低焊接接头的强度和致密性。产生夹渣的原因有：焊缝边缘有氧割或碳弧气刨残留的熔渣；坡口角度过小；焊接电流过小或焊接速度过快；使用碱性焊条时，电弧过长或电源极性不正确。防止夹渣的措施是：正确选取坡口尺寸，焊前认真清理坡口边缘，选用合适的焊接电流、焊接速度和电弧长度，运条摆动要适当。另外，使用碱性焊条时，应尽量选用直流焊机，采用反接法，即焊机的正极接焊条，负极接焊件。
　　2.7未熔合和未焊透
　　焊接时，母材与焊缝金属或焊缝层间局部未熔透的现象称为未熔合，接头根部未完全熔透的现象称为未焊透。未熔合和未焊透减了焊缝工作截面，造成应力集中，降低了焊接接头强度，并且是焊缝开裂的根源。产生未熔合的原因有：焊件坡口表面的氧化膜、油污等杂物未清理干净；焊接时，熔渣妨碍了金属间的熔合；运条手法不当，电弧偏在坡口一侧。产生未焊透的原因有：焊件装配间隙或坡口角度太小；坡口钝边太厚；焊条直径太大；焊接电流过小或焊接速度过快；焊接电弧过长等。预防未熔合和未焊透的方法是：正确选取坡口尺寸，焊前认真清理坡口表面，合理选用焊条直径、焊接电流和焊接速度，控电弧长度，运条摆动要适当，密切注意坡口两侧的熔合情况。
　　结束语
　　综上所述，低碳钢是目前工业用钢中焊接性最好的钢种，几乎所有的焊接方法都可以用来焊接低碳钢。当采用高热输入焊接法焊接低碳钢时，要采取相应措施，保证焊缝质量。
　　参考文献：
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　　（作者单位：中车青岛四方机车车辆股份有限公司）
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