高碳鋼是指w(C)高于0.6%的碳鋼，它比中碳鋼具有更大的淬硬傾向，并形成高碳馬氏體，對(duì)冷裂紋的形成更為敏感。同時(shí),焊接熱影響區(qū)內(nèi)形成的馬氏體組織，性能硬而脆，導(dǎo)致接頭的塑性和韌性大大下降，因此高碳鋼的焊接性相當(dāng)差，必須采取特殊的焊接工藝，才能保證接頭的性能。因此,在焊接結(jié)構(gòu)中，一般很少采用。高碳鋼主要用于要求高硬度和耐磨性的機(jī)器零部件，如轉(zhuǎn)軸、大型齒輪和聯(lián)軸器等[1]。為節(jié)省鋼材，簡(jiǎn)化加工工藝，這些機(jī)器零部件也往往采用焊接結(jié)構(gòu)組合而成。在重型機(jī)器制造中，也會(huì)碰到高碳鋼部件的焊接問(wèn)題。在制定高碳鋼焊件的焊接工藝時(shí)，應(yīng)全面分析可能產(chǎn)生的各種焊接缺陷，并采取相應(yīng)的焊接工藝措施。
1 高碳鋼的焊接性
1.1 焊接方法
高碳鋼主要用于高硬度和高耐磨性的結(jié)構(gòu)，所以主要的焊接方法是焊條電弧焊、釬焊和埋弧焊。
1.2 焊接材料
高碳鋼焊接一般不要求接頭與母材等強(qiáng)度。焊條電弧焊時(shí)一般選用去硫能力強(qiáng)、熔敷金屬擴(kuò)散氫含量低、韌性較好的低氫型焊條。在要求焊縫金屬與母材等強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)選用相應(yīng)級(jí)別的低氫型焊條；在不要求焊縫金屬與母材等強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)選用強(qiáng)度級(jí)別低于母材的低氫型焊條，切記不能選擇強(qiáng)度級(jí)別比母材高的焊條。如果焊接時(shí)母材不允許預(yù)熱，為了防止熱影響區(qū)冷裂紋，可選用奧氏體不銹鋼焊條，以獲得塑性好、抗裂紋能力強(qiáng)的奧氏體組織。
1.3 坡口制備
為了限制焊縫金屬中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，應(yīng)減少熔合比,所以焊接時(shí)一般采用U型或V型坡口，并注意將坡口及坡口兩側(cè)20mm范圍內(nèi)的油污、鐵銹等處理干凈。
1.4 預(yù)熱
采用結(jié)構(gòu)鋼焊條焊接時(shí)，焊前必須預(yù)熱，預(yù)熱溫度控制在250℃～350℃。
1.5 層間處理
多層多道焊時(shí),第一道焊采用小直徑焊條，小電流焊接。一般將工件置于半立焊或使用焊條橫向擺動(dòng)，以使整個(gè)母材熱影響區(qū)都在短時(shí)間內(nèi)受熱，以獲得預(yù)熱和保溫效果。
1.6 焊后熱處理
焊后立即將工件放入加熱爐中，在650℃進(jìn)行保溫進(jìn)行消除應(yīng)力退火[3]。
2 高碳鋼的焊接缺陷及防止措施
由于高碳鋼淬硬傾向很大，在焊接時(shí)容易出現(xiàn)熱裂紋和冷裂紋。
2.1 熱裂紋的防止措施
1)控制焊縫的化學(xué)成分，嚴(yán)格控制硫、磷的含量,適當(dāng)提高含錳量，以改善焊縫組織，減少偏析。
2)控制焊縫斷面形狀,寬深比要稍大些，以避免焊縫中心的偏析。
3)對(duì)剛性大的焊件，應(yīng)選擇合適的焊接參數(shù)、合適的焊接次序和方向。
4)必要時(shí)采取預(yù)熱和緩冷措施，來(lái)防止熱裂紋的產(chǎn)生。
5)提高焊條或焊劑的堿度，以降低焊縫中的雜質(zhì)含量，改善偏析程度。
2.2 冷裂紋的防止措施[4]
1)焊接前預(yù)熱和焊后緩冷，不僅可以降低熱影響區(qū)的硬度和脆性，而且還可以加速焊縫中的氫向外擴(kuò)散。
2)選擇合適的焊接措施。
3)采用合適的裝配和焊接順序，減小焊接接頭的拘束應(yīng)力，改善焊件的應(yīng)力狀態(tài)。
4)選擇合適的焊接材料，焊前要烘干焊條、焊劑,并做到隨取隨用。
5)焊前應(yīng)仔細(xì)清除坡口周圍基本金屬表面的水、銹等污物，以降低焊縫中擴(kuò)散氫的含量。
6)焊前應(yīng)立即進(jìn)行去氫處理，使氫從焊接接頭中充分逸出。
7)焊后應(yīng)立即進(jìn)行消除應(yīng)力的退火處理，促使焊縫中的氫向外擴(kuò)散。
3 結(jié)束語(yǔ)
高碳鋼由于含碳量較高，淬硬性較大而焊接性較差，焊接時(shí)容易產(chǎn)生高碳馬氏體組織，容易產(chǎn)生焊接裂紋，因此在高碳鋼焊接時(shí)，要合理選擇焊接工藝，并及時(shí)采取相應(yīng)措施，減少焊接裂紋的出現(xiàn)，提高焊接接頭性能。
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