低碳钢焊接技术要点及缺陷分析

吕光顺　邵光涛

【摘 要】低碳钢板的焊接不同于其他钢板的焊接。在焊接工艺的实施过程中，应针对低碳钢板的厚度、化学成分和材料特性对焊接工艺控制进行专门的研究和分析，通过分析找出适合焊接工艺操作的方法和策略。

【关键词】低碳钢；焊接技术；要点；缺陷

中图分类号：TU391 文献标识码：A

引言

随着我国工业技术的不断发展，由于低碳钢具有良好的使用性能，低碳钢的应用范围也逐步增多。低碳钢加工工艺中，焊接工艺是最为常见的，在焊接中低碳钢会产生大量的热量，散去后低碳钢构件可能会出现变形现象，在当前我国焊接工作中无论是操作技术还是机械设备，相比较国外而言都较为滞后，所以低碳钢极可能出现变形现象，会对低碳钢构件产生一定的影响，也会影响使用性能。所以必须有效避免这一现象，找准构件变形的具体原因，才能够找到最为合理的解决方法。

1焊接的工艺方法的选择

从理论上讲，一般常用的焊接方法都能用于低碳钢的焊接。其中包括埋弧自动焊（SAW），气体保护焊（GMAW），CO2气体保护药芯焊丝焊接（FCAW），手工电弧焊（SMAW）等。随着焊接技术发展，低碳钢化学品船液舱不锈钢的焊接主要采用FCAW这一焊接方法。因此，选择FCAW和传统的SMAW两种焊接方法作为本次试验的研究重点。

2低碳钢焊接技术要点

2.1焊接顺序

低碳钢焊接操作中应当重视焊接操作顺序，如果难以根据顺序进行操作，会对低碳钢焊接产生极为严重的变形影响。在日常生活中低碳钢材料的应用范围广泛，根据大部分案例都能够证明焊接顺序的重要意义。例如对低碳钢焊接变形的影响而言，主要原因在于改变了焊接顺序。例如前后操作出现颠倒现象，严重影响着低碳钢构件，由于分布状态和应力发生改变，所以低碳钢出现了焊接变形现象。或者是焊接顺序依据不够科学合理，在低碳钢焊接过程中焊接变形现象的概率也会进一步加大，低碳钢焊接操作过程中必须有效了解低碳钢的功能与需求，可能会发生焊接变形的部位进行有效的焊接操作，例如构件如果有缝隙必须马上开始焊接，如果缝隙在焊接前出现，重视焊接过程中的缝隙处理工作通过分段进行了解低碳钢构件的焊接顺序，才能够有效控制焊接变形现象。虽然部分不锈钢并不是共同焊接的，在超大型低碳钢构件焊接过程中，由于难度较大是难以根据相关顺序进行焊接，所以必须要考虑焊接过程中出现的变形情况，才能够有效明确焊接顺序。

2.2焊接过程

钢构件固定与定位也会对低碳钢变形产生严重的影响，低碳钢焊接工作过程中定位是最重要的，固定则在第二重要位置。如果固定与定位位置出现偏差，并未根据相关标准操作及可能会导致低碳钢构件的部分受力不匀产生现象，但是如果两个步骤均出现误差构建也难以使用，会产生极为严重的影响。根据当前行业的发展现状，我们能够看出由于低碳钢固定和定位产生的焊接变形现象极为严重，问题的原因在于部分操作人员出现操作失误，焊接经验不足，并未根据相关的操作流程进行工作。

2.3焊接参数

这些参数影响主要体现在电流与电弧电压中，应当确保低碳钢焊接方法与顺序，但是却不能有效固定低碳钢变形数值，所以在低碳钢构件焊接过程中，焊接电流与构件大小有着密切的关系，如果低碳钢构件越大，就应当应用较大的电流，为了进一步减少局部受热现象，必须严格控制电流，将电流控制在合理的范围内。

3低碳钢焊接技术缺陷分析

3.1焊接缺陷产生的原因

3.1.1缺陷的种类

碳素铸钢与低合金高强结构钢焊接的过程中存在的焊接缺陷有裂纹、气孔、夹杂、未熔合及未焊透等，主要缺陷是焊接裂纹问题。裂纹可能是在焊缝中心的热裂纹，也可能是在热影响区的冷裂纹。

3.1.2原因分析

气孔产生的原因主要是母材没有清理干净，或是焊材没有很好的进行烘焙而造成的；夹杂主要是焊接操作过程中角度有问题，或层间清理不干净造成；未熔合和未焊透可能是因为焊接速度过快，焊接工艺不合理而造成。裂纹的产生原因较为复杂，需要重点加以介绍。裂纹产生的原因：（1）材料因素铸钢因含碳量较高含杂质较多，在焊接熔池冷却过程中产生低熔点共晶物，由于低熔共晶形成的液态薄膜削弱了晶粒间的联结，在拉应力作用下产生热裂纹；碳素铸钢因含碳量较高，碳当量也较高，焊接过程中热影响区容易淬硬，在冷却速度不当情况下极易产生冷裂纹。（2）设计因素焊接接头或坡口设计不合理，会造成焊接过程中应力集中，或增加了母材在焊缝金属中所占比例，或焊缝的成形系数不合理等，均会在焊接过程中产生裂纹。

3.2焊接缺陷的预防措施

（1）熔合比及焊缝成形系数设计合理的坡口形状和几何尺寸，规定适当的接头装配间隙，以降低母材在焊缝金属中所占的比例，并控制每层的焊缝厚度，严格控制焊缝成形系数在合理范围内。（2）焊接电流与焊接速度降低焊接电流，增大熔宽与熔深的比例；加快焊接速度，降低晶间偏析程度。（3）预热温度与层间温度正确控制焊前的预热温度及多层焊的层间温度，降低焊缝金属的应变速率；焊前預热还可降低冷却速度，减小焊接热应力，也是防止焊接接头产生冷裂纹的最有效措施之一，预热温度需按铸钢侧所需要的温度执行。（4）焊后脱氢处理脱氢处理必须在焊后立即进行，否则就失去了脱氢处理的意义，推荐的脱氢处理温度为300～400℃，时间为1～2h。（5）焊后低温处理若焊前未进行预热，可采用焊后低温处理。焊后低温热处理是指焊接结束后将焊件或整条焊缝立即加热到150～250℃的低温范围，并保持一定的时间。（6）焊接材料采用焊缝强度比母材低的焊接材料，可以增加焊缝塑性，降低接头应力水平，提高整个焊接接头的抗冷裂性能，俗称低匹配。（7）控制氢的来源控制保护气体纯度、填充材料及钢板表面的水分，要求高时，对焊接区周围大气的相对湿度也要加以控制。（8）选择低氢的焊接方法（如CO2药芯焊丝气体保护焊等）。

结束语

随着我国现代焊接技术的发展，对焊接工艺的操作和焊接参数的确定提出了新的要求。为了通过实施焊接工艺提高机电产品的焊接性能，还应分析焊接工艺的应用和焊接参数的确定。通过本研究，总结了机电产品焊接技术的设计与应用：一是焊前设备的选择；二是焊接材料的应用；三是焊接工艺的设计。只有在焊接工艺操作过程中，根据以上步骤开展相关工作，才能充分优化焊接工艺的应用效果，保证最终的焊接质量。

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（作者单位：中车青岛四方机车车辆股份有限公司）