高碳钢焊接质量控制

高碳钢焊接质量控制

李兵兵胡佳

中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东 青岛 266000

摘要：高碳钢是一种碳含量高于0.5%的钢材，具有优异的强度和硬度，广泛应用于机械制造等各个制造过程当中，由于其制造成本较高，面对部件损坏往往需要进行修复。但其焊接性能较差，容易出现晶间腐蚀、裂纹等问题。 本文主要从其焊接性能以及焊接过程中质量控制研讨，对高碳钢焊接提供借鉴。

关键词：高碳钢；焊接质量

引言

高碳钢是指含碳量在0.6%以上的碳钢，比中碳钢有更强的淬硬倾向，并能形成高碳马氏体，对冷裂纹的形成更加敏感。与此同时，由于在焊接热影响区内形成的马氏体组织，其性能又硬又脆，使得接头的塑性和韧性大大降低，因而高碳钢的可焊性很差，必须采用特殊的焊接工艺以保证接头性能。所以，在焊接结构上，通常不常用。高碳钢主要应用于对硬度和耐磨性要求较高的机械零件，如转轴、大齿轮和接头等。为了节约钢材，简化加工工艺，这些机械零件也常采用焊接组合结构。高碳钢零件的焊接也是重型机械制造中的一个难题。对高碳钢焊接过程中可能出现的各种焊接缺陷进行全面分析，并提出相应的处理措施，制定出相应的工艺方案。

1 高碳钢的特点

高碳钢的硬度、强度主要取决于钢中固溶的碳量，并隨固溶碳量的增加而提高。固溶碳量超过0.6%时，淬火后硬度不再增加，只是过剩的碳化物数量增多，

钢的耐磨性略有增加，而塑性、韧性和弹性有所降低。为此，常根据使用条件和对钢的强度、韧性匹配来选用不同的钢号。例如，制造受力不大的弹簧或簧式零件，可选择较低碳量的65钢。一般高碳钢可用电炉、平炉、氧气转炉生产。要求质量较高或特殊质量时可采用电炉冶炼加真空自耗或电渣重熔。冶熔时，严格控制化学成分，特别是硫和磷的含量。为减少偏析，提高等向性能，钢锭可进行高温扩散退火（对工具钢尤为重要）。热加工时，过共析钢的停锻（轧）温度要求低（约800℃），锻轧成材后应避免粗大网状碳化物的析出，在700℃以下应注意缓冷，以防热应力造成裂纹。热处理或热加工过程中要防止表面脱碳（对弹簧钢尤为重要）。热加工时要有足够的压缩比，以保证钢的质量和使用性能。优点：热处理后可以得到高的硬度（HRC60一65）和较好的耐磨性。退火状态下硬度适中，具有较好的可切削性。原材料易得，生产成本低。其缺点是：热硬性差，当刀具工作温度大于200℃时，其硬度和耐磨性急剧下降。淬透性低。水淬时完全淬透的直径一般仅为15一18mm;油淬时完全淬透的最大直径或厚度仅为6mm 左右，并易变形开裂。

2 高碳钢的焊接工艺

1）焊接方法。高碳钢主要用于高硬度、高耐磨性的结构，因此主要的焊接方法有电弧焊、钎焊和埋弧焊。

2）焊接材料。高碳钢的焊接一般不要求接头和母材等强度。焊条电弧焊一般选用脱硫能力强、熔敷金属扩散氢含量低、韧性好的低氢焊条。当要求焊缝金属与母材等强度时，应选择对应强度等级的低氢型焊条；当不要求焊缝金属与母材等强度等级时，应选择强度等级低于母材等级的低氢型焊条，注意不要选择强度等级高于母材等级的高氢型焊条。如果焊接时母材不允许预热，为了防止热影响区域的冷裂纹，可以选择奥氏体不锈钢焊条，以获得塑性好、抗裂性强的奥氏体组织。

3）坡口的制备。为限制焊缝金属中碳素含量，应降低熔合比，因此焊接一般采用U形或V形坡口，并注意在坡口两侧20mm范围内和坡口两侧的油污、铁锈等处理干净。

4）预热。对结构钢焊条的焊接，焊接前必须进行预热，预热温度控制在250~350℃。

5）层间处理。在多道焊中，第一道焊采用小直径焊条、小电流进行焊接。工件通常采用半垂直焊接或采用焊条横摆焊接，以使整个母材热影响区在短时间内受热，达到预热保温效果。

6）焊接后的热处理。焊接后立即将工件放入加热炉中，保温650℃，消除应力，退火。

3 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。

（一）热裂纹的防止措施

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。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。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。必要时采取预热和缓冷措施，来防止热裂纹的产生。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。

（二）冷裂纹的防止措施

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。选择合适的焊接措施。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。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。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。焊前应立即进行去氢处理，使氢从焊接接头中充分逸出。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。

结束语

高碳钢由于含碳量高，淬硬强度大，焊接性能差，焊接时易产生高碳马氏体组织，容易产生焊接裂纹，因此，对高碳钢焊接时应合理选择焊接工艺，及时采取措施，以减少裂纹的产生，提高焊接接头性能。