分享 | 常用金屬材料的焊接

2023-01-10  來自: 沈陽市中聯銅鋁業有限公司 瀏覽次數:254

1  什么是焊接性?試述碳鋼的焊接性。

焊接性是指材料在限定的施工條件下焊接成按規定設計要求的構件,并滿足預定服役要求的能力。焊接性受材料、焊接方法、構件類型及使用要求四個因素的影響。

碳鋼是以鐵元素為基礎的,鐵碳合金,碳為合金元素,其碳的質量分數不超過1%,此外,錳的質量分數不超過1.2%,硅的質量分數不超過0.5%,后兩者皆不作為合金元素。其它元素如Ni、Cr、Cu等均控制在殘余量的限度以內,更不作為合金元素。雜質元素如S、P、O、N等,根據鋼材品種和等級的不同,均有嚴格限制。因此,碳鋼的焊接性主要取決于含碳量,隨著含碳量的增加,焊接性逐漸變差,其中以低碳鋼的焊接性好,見表1。

表1  碳鋼焊接性與含碳量的關系

名  稱

碳的質量分數(%)

典型硬度

典型用途

焊接性

低碳鋼

≤0.15

60HRB

特殊板材和型材薄板、帶材、焊絲

0.15~0.25

90HRB

結構用型材、板材、棒材

中碳鋼

0.25~0.60

25HRC

機器部件和工具

 中(需預熱、后熱,推薦使用低氫焊接方法)

高碳鋼

≥0.60

40HRC

彈簧,模具,鋼軌

 劣(需預熱、后熱,必需使用低氫焊接方法)

2  什么是碳當量?碳鋼的碳當量如何計算?

把鋼中合金元素(包括碳)的含量按其作用換自成碳的相當含量,稱為該種鋼材的碳當量,可作為評定鋼材焊接性的一種參考指標。

碳鋼中的元素除C外,主要是Mn和Si,它們的含量增加,焊接性變差,但其作用不及碳強烈。焊接學會推薦的碳當量公式為

金屬材料

隨著碳當量值的增加,鋼材的焊接性會變差。當CE值大于0.4%~0.6%時,冷裂紋的敏感性將增大,焊接時需要采取預熱、后熱及用低氫型焊接材料施焊等一系列工藝措施。

3  利用碳當量值評價鋼材焊接性有何局限性?

碳當量值只能在范圍內,對鋼材概括地、相對地評價其焊接性,這是因為:

1)如果兩種鋼材的碳當量值相等,但是含碳量不等,含碳量較高的鋼材在施焊過程中容易產生淬硬組織,其裂紋傾向顯然比含碳量較低的鋼材來得大,焊接性較差。因此,當鋼材的碳當量值相等時,不能看成焊接性就完全相同。

2)碳當量計算值只表達了化學成分對焊接性的影響,沒有考慮到冷卻速度不同,可以得到不同的組織,冷卻速度快時,容易產生淬硬組織,焊接性就會變差。

3)影響焊縫金屬組織從而影響焊接性的因素,除了化學成分和冷卻速度外,還有焊接循環中的高加熱溫度和在高溫停留時間等參數,在碳當量值計算公式中均沒有表示出來。

因此,碳當量值的計算公式只能在鋼種范圍內,概括地、相對地評價鋼材的焊接性,不能作為準確的評定指標。

4  試述低碳鋼的焊接性。

由于低碳鋼含碳量低,錳、硅含量也少,所以,通常情況下不會因焊接而產生嚴重硬化組織或淬火組織。低碳鋼焊后的接頭塑性和沖擊韌度良好,焊接時,一般不需預熱、控制層間溫度和后熱,焊后也不必采用熱處理改善組織,整個焊接過程不必采取特殊的工藝措施,焊接性優良。

但在少數情況下,焊接時也會出現困難:

1)采用舊冶煉方法生產的轉爐鋼含氮量高,雜質含量多,從而冷脆性大,時效敏感性增加,焊接接頭質量降低,焊接性變差。

2)沸騰鋼脫氧不完全,含氧量較高,P等雜質分布不均,局部地區含量會超標,時效敏感性及冷脆敏感性大,熱裂紋傾向也增大。

3)采用質量不符合要求的焊條,使焊縫金屬中的碳、硫含量過高,會導致產生裂紋。如某廠采用酸性焊條焊接Q235-A鋼時,因焊條藥皮中錳鐵的含碳量過高,會引起焊縫產生熱裂紋。

4)某些焊接方法會降低低碳鋼焊接接頭的質量。如電渣焊,由于線能量大,會使焊接熱影響區的粗晶區晶粒長得十分粗大,引起沖擊韌度的嚴重下降,焊后必需進行細化晶粒的正火處理,以提高沖擊韌度。

總之,低碳鋼是屬于焊接性好、容易焊接的鋼種,所有焊接方法都能適用于低碳鋼的焊接。

5  低碳鋼焊接時,如何正確地選用焊接材料?

⑴手弧焊焊條的選用  常用低碳鋼Q235的抗拉強度平均值為417.5MPa,根據等強度原則,與之匹配的焊條應為E43系列。幾種不同鋼號的低碳鋼手弧焊時焊條的選用,見表2。

表2  低碳鋼手弧焊時焊條的選用

鋼    號

一般結構選用的

焊條型號

動載荷、復雜、厚板結構,鍋爐受壓容器,低溫焊接

選用的焊條型號

施  焊  條  件

Q235

E4313,E4303,E4301,E4320,E4311

E4316,E4315

(E5016,E5015)

一般不預熱

Q255

一般不預熱

Q275

E4316,E4315

E5016,E5015

厚板結構預熱150℃以上

08、10、15、20

E4303,E4301,E4320,E4311

E4316,E4315

(E5016,E5015)

一般不預熱

25

E4316,E4315

E5016,E5015

厚板結構預熱150℃以上

20g,22g

E4303,E4301

E4316,E4315

(E5016,E5015)

厚板結構預熱100~150℃

20R

E4303,E4301

E4316,E4315

(E5016,E5015)

一般不預熱

注:表中括弧內的焊條型號表示可以代用。

⑵埋弧焊焊絲和焊劑的匹配選用  低碳鋼埋弧焊時焊絲和焊劑的匹配選用,見表3。

表3  低碳鋼埋弧焊焊絲與焊劑的匹配選用

鋼   號

焊                  絲

焊    劑

Q234

H08A

HJ430

HJ431

Q255

H08A

Q275

H08MnA

15、20

H08A,H08MnA

HJ430

HJ431

HJ330

25

H08MnA,H10Mn2

20g,22g

H08MnA,H08MnSi,h10Mn2

20R

H08MnA

⑶CO2焊絲的選用  實芯焊絲選用牌號為H08Mn2Si和H08Mn2SiA兩種,焊后熔敷金屬強度偏高。藥芯焊絲選用牌號為YJ502-1、YJ506-2、YJ506-3、YJ506-4。

⑷電渣焊焊絲和焊劑的匹配選用  電渣焊熔池溫度比埋弧焊低,所以焊劑中的硅、錳還原作用弱,應選用含錳、含硅量較高的焊絲。常選用H10Mn2、H10MnSi焊絲配合焊劑HJ360或H10MnSi焊絲配合焊劑HJ431。

6  低碳鋼在低溫下如何施焊?

嚴冬條件下焊接低碳鋼結構時,由于焊接接頭的冷卻速度快,使裂紋傾向增大,特別是厚大結構的焊縫容易開裂,為此必需采取如下工藝措施:

1)焊前預熱,焊接過程中嚴格保持層間溫度不應低于預熱溫度。

2)采用低氫或超低氫焊接材料。

3)定位焊時加大焊接電流,減慢焊接速度,適當增加定位焊縫的截面積和長度,必要時進行預熱。

4)整條焊縫應盡量連續焊完,避免中斷。

5)不應坡口面以外的母材上進行引弧,熄弧時需填滿弧坑。

6)盡可能不在低溫條件下進行彎板、矯正和裝配焊件。

各種金屬結構低溫焊接時的預熱溫度見表4。管道、壓力容器低溫焊接時的預熱溫度見表5。

表4  低碳鋼金屬結構低溫焊接的預熱溫度

焊件厚度(mm)

在各種氣溫下的預熱溫度

<30

31~50

51~70

不低于-30℃時不預熱;低于-30℃時預熱100~150℃

不低于-10℃時不預熱;低于-10℃時預熱100~150℃

不低于0℃時不預熱;低于0℃時預熱100~150℃


表5  低碳鋼管道、壓力容器低溫焊接的預熱溫度



焊件厚度(mm)

在各種氣溫下的預熱溫度

<16

17~30

31~40

41~50

不低于-30℃時不預熱;低于-30℃時預熱100~150℃

不低于-20℃時不預熱;低于-20℃時預熱100~150℃

不低于-10℃時不預熱;低于-10℃時預熱100~150℃

不低于0℃時不預熱;低于0℃時預熱100~150℃



關鍵詞: 金屬材料           

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