2.中碳钢的焊接 含碳量在0.25%~0.60%之间的中碳钢,有一定的淬硬倾向,焊接接头容易产生低塑性的淬硬组织和冷裂纹,焊接性较差。中碳钢的焊接结构多为锻件和铸钢件,或进行补焊。
焊接方法:手工电弧焊。
焊条选用:抗裂性好的低氢型焊条(如J426、J427、J506、J507等),焊缝有等强度要求时,选择相当强度级别的焊条。对于补焊或不要求等强度的接头,可选择强度级别低、塑性好的焊条,以防止裂纹的产生。焊接时,应采取焊前预热、焊后缓冷等措施以减小淬硬倾向,减小焊接应力。接头处开坡口进行多层焊,采用细焊条小电流,可以减少母材金属的熔入量,降低裂纹倾向。
3.高碳钢的焊接 高碳钢的含碳量大于0.60%,其焊接特点与中碳钢基本相同,但淬硬和裂纹倾向更大,焊接性更差。一般这类钢不用于制造焊接结构,大多是用手工电弧焊或气焊来补焊修理一些损坏件。焊接时,应注意焊前预热和焊后缓冷。
(二)低合金结构钢的焊接
低合金结构钢按其屈服强度可以分为九级:300、350、400、450、500、550、600、700、800MPa。强度级别≤400MPa的低合金结构钢,wCE<0.4%,焊接性良好,其焊接工艺和焊接材料的选择与低碳钢基本相同,一般不需采取特殊的工艺措施。只有焊件较厚、结构刚度较大和环境温度较低时,才进行焊前预热,以免产生裂纹。强度级别≥450MPa的低合金结构钢,wCE>0.4%,存在淬硬和冷裂问题,其焊接性与中碳钢相当,焊接时需要采取一些工艺措施,如焊前预热(预热温度150℃左右)可以降低冷却速度,避免出现淬硬组织;适当调节焊接工艺参数,可以控制热影响区的冷却速度,保证焊接接头获得优良性能;焊后热处理能消除残余应力,避免冷裂。
低合金结构钢含碳量较低,对硫、磷控制较严,手工电弧焊、埋弧焊、气体保护焊和电渣焊均可用于此类钢的焊接,以手工电弧焊和埋弧焊较常用;选择焊接材料时,通常从等强度原则出发,为了提高抗裂性,尽量选用碱性焊条和碱性焊剂,对于不要求焊缝和母材等强度的焊件,亦可选择强度级别略低的焊接材料,以提高塑性,避免冷裂。
三、不锈钢的焊接
不锈钢中都含有不少于12%的铬,还含有镍、锰、钼等合金元素,以保证其耐热性和耐腐蚀性。按组织状态,不锈钢可分为奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢和马氏体不锈钢等,其中以奥氏体不锈钢的焊接性最好,广泛用于石油、化工、动力、航空、医药、仪表等部门的焊接结构中,常见牌号有1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni9等。
(一)奥氏体不锈钢的焊接性
奥氏体不锈钢焊接件容易在焊接接头处发生晶间腐蚀,其原因是焊接时,在450~850℃温度范围停留一定时间的接头部位,在晶界处析出高铬碳化物(Cr23C6),引起晶粒表层含铬量降低,形成贫铬区,在腐蚀介质的作用下,晶粒表层的贫铬区受到腐蚀而形成晶间腐蚀。这时被腐蚀的焊接接头表面无明显变化,受力时则会沿晶界断裂,几乎完全失去强度。为防止和减少焊接接头处的晶间腐蚀,应严格控制焊缝金属的含碳量,采用超低碳的焊接材料和母材。采用含有能优先与碳形成稳定化合物的元素如Ti、Nb等,也可防止贫铬现象的产生。
奥氏体不锈钢焊接的另一个问题是热裂纹。产生的主要原因是焊缝中的树枝晶方向性强,有利于S、P等元素的低熔点共晶产物的形成和聚集。另外,此类钢的导热系数小(约为低碳钢的1/3),线胀系数大(比低碳钢大50%),所以焊接应力也大。防止的办法是选用含碳量很低的母材和焊接材料,采用含适量Mo、Si等铁素体形成元素的焊接材料,使焊缝形成奥氏体加铁素体的双相组织,减少偏析。
(二)奥氏体不锈钢的焊接工艺
一般熔焊方法均能用于奥氏体不锈钢的焊接,目前生产上常用的方法是手工电弧焊、氩弧焊和埋弧焊。在焊接工艺上,主要应注意以下问题:
(1)采用小电流、快速焊,可有效地防止晶间腐蚀和热裂纹等缺陷的产生。一般焊接电流应比焊接低碳钢时低20%;
(2)焊接电弧要短,且不作横向摆动,以减少加热范围。避免随处引弧,焊缝尽量一次焊完,以保证耐腐蚀性。
(3)多层焊时,应等前面一层冷至60℃以下,再焊后一层。双面焊时先焊非工作面,后焊与腐蚀介质接触的工作面。
(4)对于晶间腐蚀,在条件许可时,可采用强制冷却。必要时可进行稳定化处理,消除产生晶间腐蚀的可能性。
四、铸铁的补焊
铸铁在制造和使用中容易出现各种缺陷和损坏。铸铁补焊是对有缺陷铸铁件进行修复的重要手段,在实际生产中具有很大的经济意义。
(一)铸铁的焊接性
铸铁的含碳量高,脆性大,焊接性很差,在焊接过程中易产生白口组织和裂纹。
白口组织是由于在铸铁补焊时,碳、硅等促进石墨化元素大量烧损,且补焊区冷速快,在焊缝区石墨化过程来不及进行而产生的。白口铸铁硬而脆,切削加工性能很差。采用含碳、硅量高的铸铁焊接材料或镍基合金、铜镍合金、高钒钢等非铸铁焊接材料,或补焊时进行预热缓冷使石墨充分析出,或采用钎焊,可避免出现白口组织。
裂纹通常发生在焊缝和热影响区,产生的原因是铸铁的抗拉强度低,塑性很差(400℃以下基本无塑性),而焊接应力较大,且接头存在白口组织时,由于白口组织的收缩率更大,裂纹倾向更加严重,甚至可使整条焊缝沿熔合线从母材上剥离下来。防止裂纹的主要措施有:采用纯镍或铜镍焊条、焊丝,以增加焊缝金属的塑性;加热减应区以减小焊缝上的拉应力;采取预热、缓冷、小电流、分散焊等措施减小焊件的温度差。
(二)铸铁补焊方法及工艺
铸铁补焊采用的焊接方法参见表3-9。补焊方法主要根据对焊后的要求(如焊缝的强度、颜色、致密性,焊后是否进行机加工等)、铸件的结构情况(大小、壁厚、复杂程度、刚度等)及缺陷情况来选择。手工电弧焊和气焊是最常用的铸铁补焊方法。
表3-9 铸铁的补焊方法