低碳钢的气焊焊接特点及工艺探讨

低碳钢的气焊焊接特点及工艺探讨

杨明

抚顺石化工程建设有限公司仪表二车间 邮编：113004

摘要：低碳钢为碳素钢，其含碳量＜0.25%，具有硬度低、强度低、塑性及韧性好特点，也称“软钢”。低碳钢的焊接性良好，便于应用冷塑变形成型工艺。低碳钢焊接工艺多种多样，适用于不同低碳钢生产设备，需根据实际情况与焊接需求选择合适的焊接工艺，保证低碳钢焊接质量。基于此，本文根据低碳钢的气焊焊接特点及工艺予以分析。

关键词：低碳钢；气焊焊接；特点；工艺

前言：低碳钢中主要为普通类型的碳素结构钢，同时也包含少量优质类型的结构钢。在实际的应用中多数都可以不通过热处理就能够直接使用的结构件。因此，低碳钢的焊接性能良好。低碳钢一般轧成工字钢、钢管以及钢板等制造建筑构件，也用于制造压力容器、锅炉等大型器件，应用范围很大。低碳钢的焊接需要注意焊接线能量、温度等，并根据低碳钢制造构件不同，选择合适的焊接工艺，以此提高焊接效果，保证低碳钢的性能。

一、低碳钢的气焊焊接特点

低碳钢属于含碳量不足0.25%的碳素钢。低碳钢的强度以及硬度相对更低，同时质地较软，因此又称为软钢。部分低碳钢可以通过渗碳以及热处理，并应用到耐磨标准较高的机械设备中。低碳钢当中的退火组织包括铁素体、珠光体，具有良好的塑性以及韧性。所以，低碳钢的冷成形效果更优秀，可以通过卷边、折弯或者冲压等工艺完成冷成形。低碳钢由于硬度不足，因此在应用中直接切削加工的效果并不理想，而通过正火处理能够有效提高低碳钢的切削加工效果。当钢材料在高温中逐渐冷却时，铁素体的碳、氮等元素将出现过饱和状态，进而逐渐缓慢形成铁的碳氮物，这种情况称为淬火时效。低碳钢在形变过程中会出现大量的位错现象，铁素体内碳、氮元素由于位错产生弹性交互，而这种碳、氮元素和位错线结合后的物质为柯氏气团，进而导致低碳钢的出现形变时效[1]。

二、低碳钢焊接特点

（一）低碳钢的焊接方式

低碳钢具有良好的焊接性能，大部分焊接方法都可以应用，并在焊接过程中可以有效保证焊接接头位置的质量良好。在实际的焊接过程中可以和氧乙炔、电弧焊、埋弧焊、氢弧焊、等离子弧焊、电阻焊、钎焊等多种焊接工艺进行结合。在当前的焊接技术中，通过不断地开发和创新，也出现很多更高效、高质量的焊接技术和焊接方式，而这些新型的焊接工艺在低碳钢材料的焊接工作中也发挥十分重要的作用。例如铁粉焊条焊接、重力焊条电弧焊接、窄间隙埋弧焊接以及药芯焊丝气体保护焊接等焊接技术中，低碳钢都可以保证具有良好的焊接性能。

（二）焊接材料选择

低碳钢材料焊接时，应当根据等强度匹配的标准进行选择，在选择材料时需要结合母材的强度标准及实际焊接过程中现场工作条件综合考虑，选择更加适合的焊接材料。低碳钢焊接时，一般会选择抗拉强度约为420MPa的材料。而在大部分焊接材料中，E43xx标准的焊条材料多数符合低碳钢的焊接标准。其抗拉强度一般情况下均高于420MPa，而从力学角度分析，这一系列的焊接材料刚好和低碳钢材料相互匹配。因此大多数低碳钢可以选择E43xx系列的焊条，而这一标准的焊条型号较多，在实际的焊接过程中也可以根据实际情况选择另外更加合适的型号[2]。

三、低碳钢的气焊焊接工艺

（一）焊缝金属

在低碳钢材料的焊接过程中存在焊缝金属出现热裂纹现象。通过直边对接的方式进行焊接时，一般会选择单面或者双面的埋弧焊接工艺操作，而母材W（C）大于0.20%、w（s）超过0.03%、板厚超过16mm的情况下，就有可能在焊缝位置的中心线处造成热裂纹现象。而造成裂纹的原因通常是由于焊接后焊缝的熔敷金属中母材所占比例问题导致，例如通过直边对接进行焊接的过程中，如果母材在焊缝内占比例超过70%时导致焊缝金属当中碳、硫、磷等元素的含量超标，而当这些元素超过或达到热裂纹产生的临界点，就会在焊接缝金属上出现热裂纹。而为有效避免热裂纹在焊接过程中出现提前预防。

首先，相关人员需要在焊接前选择合适的焊丝，选用含碳量相对偏低的焊丝，避免焊接过程中碳元素超标。

其次，在实际焊接过程中合理地调整相关参数，提高焊缝成形的质量。而当以上方法还无法阻止热裂纹的出现时，则应当及时更换焊接方式，选择其他焊接工艺进行操作。例如可以在焊接缝的边缘位置开出一个V形或者U形的坡口，进而降低焊缝熔敷金属中母材所占的比例，直接减少焊接缝当中的碳、硫等元素的含量。

（二）液化裂纹

液化裂纹也是低碳钢材料在焊接过程中常见的缺陷。实际焊接中，母材碳、硫等元素的含量虽然符合低碳钢材料规定的标准之内，但是部分材料由于冶炼过程中出现质量问题，进而会导致材料中出现相对严重的偏析带现象，进而导致硫、磷等杂质在材料当中的含量超标。这种材料通过高热输入的形式进行焊接时，就会导致焊接缝的熔合位置在高温环境中过长时间的停留，会导致一部分有益元素烧损，使焊缝或热影响区脆化力学性能变差，进而造成焊接过程中应变速率大于变形增长速度，造成液化裂纹。

其一，为防止出现液化裂纹则需要展开针对性地预防。在焊接过程中应当选择合适的热输入量，并提高焊接操作的速度，进一步减少焊接缝停留在高温环境当中的时间。

其二，把直边对接焊接调整为V形坡口对接，这种焊接工艺虽然增加焊接操作流程，但是能够有效避免出现液化裂纹[3]。

（三）层状撕裂

在焊接过程中，如果焊接的低碳钢厚度超过60mm；而低碳钢材料质量不足，有大量的非金属杂质时，就有可能出现层状撕裂，这种层状撕裂主要存在于热影响区或者靠近热影响区的位置，同时会向材料的平行方向扩展。层状撕裂通常是在角接以及对接接头等焊接操作中出现。当焊接点冷却到低于200℃时，由于焊接应力偏高就有概率产生层状撕裂。而预防层状撕裂的方法通常是使用标准合格的母材和填充材料。例如在实际的焊接过程中，选择Q235GJ-Z15、Z25、Z35等型号的材料。此外，还可以在焊接工艺方面予以优化。例如，焊接过程中进行预热；降低焊接收缩应力等。

（四）焊条电弧焊工艺

焊条电弧焊工艺在低碳钢焊接中应用十分广泛，是一种基本焊接工艺，焊接工艺应用特点是操作方便、焊接灵活、焊接设备简单。对低碳钢进行焊接时，作为普通构造焊接时可使用E43系统焊条，E4303焊条应用较多。焊条电弧焊工艺应用于低碳钢焊接时，首先需要做好焊接前准备，根据焊接工艺选择坡口形式，将坡口开好后需对坡口、焊件对接面等处的油污、锈蚀等进行彻底清理，预防焊接缺陷出现。同时需要对焊条进行检查，焊条表面需要清洁，没有污物。其次，应用焊条电弧焊工艺时，需要对焊接参数进行调整。焊条电弧焊可以进行平焊、立焊、仰焊以及横焊。对焊接电流进行调整时需考虑焊条直径、焊缝所处位置，同时要考虑焊件厚度、低碳钢接头类型等。对电弧电压的调整，主要决定因素为电弧长度，电弧长度需适中，电弧稳定燃烧，避免未焊透、外观成型不良等。焊接速度的掌握需保证焊透、良好融合，同时不能焊穿。例如，应用焊条电弧焊工艺对较厚低碳钢构件进行焊接时，一般需采取多层焊方式，进行第一层焊接时，需选择较小焊接电流，应用3.2mm焊条，焊层厚度控制在5mm内。进行焊接操作时，盖面层的焊缝宽度与高度需要符合规定[4]。

总结：综上所述，实际焊接过程中，低碳钢材料能够和大多数金属材料以及焊接技术工艺相契合，并达到十分优异的焊接质量。相关人员在焊接过程中应当根据低碳钢材料容易出现的各种问题有针对性地预防和处理，进一步提高焊接质量。

参考文献：

[1]谢子豪,刘博,晁永礼等.低碳钢表面激光熔覆涂层研究现状及进展[J].金属制品,2023,49(04):35-39+43.

[2]吴萧萧，习在辉，何生平等.高品质低碳钢板坯连铸保护渣降Li_2O的探索[J].钢铁,2023,58(08):110-119+137.

[3]杨韩,王洪建,罗登成等.响应面分析法优化低碳钢薄板激光切割工艺参数[J].激光杂志,2023,44(01):188-193.

[4]侯自兵,柳前,江少奇等.基于大数据挖掘的低碳钢连铸工艺参数优化[J].钢铁研究学报,2022,34(09):952-962.