高碳钢是指w(C)高于0.6%的碳钢,它比中碳钢具有更大的淬硬倾向,并形成高碳马氏体,对冷裂纹的形成更为敏感.
同时,焊接热影响区内形成的马氏体组织,性能硬而脆,导致接头的塑性和韧性大大下降,因此高碳钢的焊接性相当差,必须采取特殊的焊接工艺,才能保证接头的性能。因此,在焊接结构中,一般很少采用。高碳钢主要用于要求高硬度和耐磨性的机器零部件,如转轴、大型齿轮和联轴器等。为节省钢材,简化加工工艺,这些机器零部件也往往采用焊接结构组合而成。
在重型机器制造中,也会碰到高碳钢部件的焊接问题。在制定高碳钢焊件的焊接工艺时,应全面分析可能产生的各种焊接缺陷,并采取相应的焊接工艺措施。
1.高碳钢的焊接性
1.1 焊接方法
高碳钢主要用于高硬度和高耐磨性的结构,所以主要的焊接方法是焊条电弧焊、钎焊和埋弧焊。
1.2 焊接材料
高碳钢焊接一般不要求接头与母材等强度。焊条电弧焊时一般选用去硫能力强、熔敷金属扩散氢含量低、韧性较好的低氢型焊条。在要求焊缝金属与母材等强度时,应选用相应级别的低氢型焊条;在不要求焊缝金属与母材等强度时,应选用强度级别低于母材的低氢型焊条,切记不能选择强度级别比母材高的焊条。如果焊接时母材不允许预热,为了防止热影响区冷裂纹,可选用奥氏体不锈钢焊条,以获得塑性好、抗裂纹能力强的奥氏体组织。
1.3 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。
1.4 预热
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。
2.高碳钢的焊接缺陷及防止措施
由于高碳钢淬硬倾向很大,在焊接时容易出现热裂纹和冷裂纹。
2.1 热裂纹的防止措施
1) 控制焊缝的化学成分,严格控制硫、磷的含量,适当提高含锰量,以改善焊缝组织,减少偏析。
2) 控制焊缝断面形状,宽深比要稍大些,以避免焊缝中心的偏析。
3) 对刚性大的焊件,应选择合适的焊接参数、合适的焊接次序和方向。
4) 必要时采取预热和缓冷措施,来防止热裂纹的产生。
5) 提高焊条或焊剂的碱度,以降低焊缝中的杂质含量,改善偏析程度。
2.2 冷裂纹的防止措施
1) 焊接前预热和焊后缓冷,不仅可以降低热影响区的硬度和脆性,而且还可以加速焊缝中的氢向外扩散。
2) 选择合适的焊接措施。
3) 采用合适的装配和焊接顺序,减小焊接接头的拘束应力,改善焊件的应力状态。
4) 选择合适的焊接材料,焊前要烘干焊条、焊剂,并做到随取随用。
5) 焊前应仔细清除坡口周围基本金属表面的水、锈等污物,以降低焊缝中扩散氢的含量。
6) 焊前应立即进行去氢处理,使氢从焊接接头中充分逸出。
7) 焊后应立即进行消除应力的退火处理,促使焊缝中的氢向外扩散。
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。