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浅谈低碳钢的焊接性与焊接缺陷的预防措施

作者:未知

  【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:
  [1]牛磊.分析船体焊接缺陷管控规程研究[D].大连理工大学,2017.
  [2]李彩云,刘斌.浅谈焊接缺陷预防及质量检验[J].知识经济,2017(15):80.
  [3]赵涛,张艳.谈谈焊接缺陷及其质量检验[J].中国科技信息,2017(18):145-157.
  [4]徐景晨,孙庆斌.谈谈焊接缺陷及其质量检验[J].黑龙江科技信息,2017(09):30.
  [5]赵思连.船舶焊接缺陷及其质量检验[J].武汉造船,2017(03):21-23.
  [6]邱葭菲.焊接方法与设备[M].北京:化学工业出版社,2017.
  [7]李军、沈宏谋变频外转子电机硅钢片铁心与低碳钢的焊接工艺[J].微特电机,2017(29):47~47.
  (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
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