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常用鋼材的焊接
8 B$ l5 t8 O4 H' U2 z) j& V. u英文詞條名：
% v* P, W7 j# x* H8 H3 D0 e; ?一、鋼材的焊接性
! y" Q* B1 [8 P& P. T5 i0 s7 `焊接性：采用一定焊接方法、焊接材料、工藝參數(shù)及結(jié)構(gòu)形式的條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度，即其對(duì)焊接加工的適應(yīng)性。
$ ?. W8 x. D( e! x  P（一） 焊接性一般包括兩個(gè)方面：
工藝焊接性：主要指在給定的焊接工藝條件下，形成完好焊接接頭的能力，特別是接頭對(duì)產(chǎn)生裂紋的敏感性，也稱(chēng)抗裂性；
使用焊接性：在給定的焊接工藝條件下，焊接接頭在使用條件下安全運(yùn)行的能力，包括焊接接頭的力學(xué)性能和其它特殊性能（如耐高溫、耐腐蝕、抗疲勞等）。
   焊接性是金屬的工藝性能在焊接過(guò)程中的反映，了解及評(píng)價(jià)金屬材料的焊接性，是焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、確定焊接方法、制定焊接工藝的重要依據(jù)。
（二）鋼的焊接性評(píng)定方法：
6 m! h- \2 u: o1 q    鋼是焊接結(jié)構(gòu)中最常用的金屬材料，因而評(píng)定鋼的焊接性顯得尤為重要。由于鋼的裂紋傾向與其化學(xué)成分有密切關(guān)系，因此，可以根據(jù)鋼的化學(xué)成分評(píng)定其焊接性的好壞。
% z3 \/ w, j% Z; Y, o9 x+ w    通常將影響最大的碳作為基礎(chǔ)元素，把其它合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)焊接性的影響折合成碳的相當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和其它合金元素的相當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和稱(chēng)為碳當(dāng)量，它是評(píng)定鋼的焊接性的一個(gè)參考指標(biāo)。
碳當(dāng)量（CARBON EQUIVALENT)公式
! B8 d0 r9 J3 M/ M! G9 J. A- ^

0 t5 I5 @$ m' O. Z3 L& T
: D5 c" A* B2 B; M7 i    碳當(dāng)量越高，裂紋傾向越大，鋼的焊接性越差。一般認(rèn)為：
CEQ<0.4%時(shí)，鋼的淬硬和冷裂傾向不大，焊接性良好
CEQ=0.4%～0.6%時(shí)，鋼的淬硬和冷裂傾向逐漸增加，焊接性較差，焊接時(shí)需要采取一定的預(yù)熱、緩冷等工藝措施，以防止產(chǎn)生裂紋；
CEQ>0.6%時(shí)，鋼的淬硬和冷裂傾向嚴(yán)重，焊接性很差，一般不用于生產(chǎn)焊接結(jié)構(gòu)。
# A0 E5 V: i7 ]+ o$ d! C0 o" n    碳當(dāng)量公式僅用于對(duì)材料焊接性的粗略估算，在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)通過(guò)直接試驗(yàn)（焊接性試驗(yàn)），模擬實(shí)際情況下的結(jié)構(gòu)、應(yīng)力狀況和施焊條件，在試件上焊接，觀察試件的開(kāi)裂情況，并配合必要的接頭使用性能試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)定(焊接工藝評(píng)定)。
0 ]* `7 w! ]7 M  A- y$ Z( u
( m- z5 Q1 R. Y' }: [7 }! L, C, E二、碳素鋼的焊接
7 x' d# K' f& _4 ^$ j      Q235、10、15、20等低碳鋼是應(yīng)用最廣泛的焊接結(jié)構(gòu)材料，由于其含碳量低于0.25%，塑性很好，淬硬傾向小，不易產(chǎn)生裂紋，所以焊接性最好。焊接時(shí)，任何焊接方法和最普通的焊接工藝即可獲得優(yōu)質(zhì)的焊接接頭。但由于施焊條件、結(jié)構(gòu)形式不同，焊接時(shí)還需注意以下問(wèn)題：
（1）在低溫環(huán)境下焊接厚度大、剛性大的結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行預(yù)熱，否則容易產(chǎn)生裂紋。
5 o0 r8 o1 k$ d1 }1 `/ ~& i' {) {（2）重要結(jié)構(gòu)焊后要進(jìn)行去應(yīng)力退火以消除焊接應(yīng)力。
      低碳鋼對(duì)焊接方法幾乎沒(méi)有限制，應(yīng)用最多的是手工電弧焊、埋弧焊、氣體保護(hù)電弧焊和電阻焊。采用電弧焊時(shí)，焊接材料的選擇參見(jiàn)表。
低碳鋼焊接材料的選擇

中碳鋼的焊接
含碳量在0.25%～0.60%之間的中碳鋼，有一定的淬硬傾向，焊接接頭容易產(chǎn)生低塑性的淬硬組織和冷裂紋，焊接性較差。中碳鋼的焊接結(jié)構(gòu)多為鍛件和鑄鋼件，或進(jìn)行補(bǔ)焊。
焊接方法：手工電弧焊。
焊條選用：抗裂性好的低氫型焊條（如J426、J427、J506、J507等），焊縫有等強(qiáng)度要求時(shí)，選擇相當(dāng)強(qiáng)度級(jí)別的焊條。對(duì)于補(bǔ)焊或不要求等強(qiáng)度的接頭，可選擇強(qiáng)度級(jí)別低、塑性好的焊條，以防止裂紋的產(chǎn)生。
焊接時(shí)，應(yīng)采取焊前預(yù)熱、焊后緩冷等措施以減小淬硬傾向，減小焊接應(yīng)力。接頭處開(kāi)坡口進(jìn)行多層焊，采用細(xì)焊條小電流，可以減少母材金屬的熔入量，降低裂紋傾向。
高碳鋼的焊接
高碳鋼的含碳量大于0.60%，其焊接特點(diǎn)與中碳鋼基本相同，但淬硬和裂紋傾向更大，焊接性更差。一般這類(lèi)鋼不用于制造焊接結(jié)構(gòu)，大多是用手工電弧焊或氣焊來(lái)補(bǔ)焊修理一些損壞件。焊接時(shí)，應(yīng)注意焊前預(yù)熱和焊后緩冷。

4 a1 S! G, }$ L1 D- M三、低合金鋼的焊接
! ^$ z6 t- T! k+ a, H低合金鋼焊接經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題
6 V3 C. U  `; h2 @6 ]（1） 熱裂紋 熱裂紋指焊接過(guò)程中，焊縫和熱影響區(qū)金屬冷卻到固相線(xiàn)附近的高溫區(qū)產(chǎn)生的焊接裂紋。其原因在于低合金鋼的焊接過(guò)程中銅、硼、氮等元素成為形成裂紋的敏感元素。
% u% U2 m8 O4 I# Z（2） 冷裂紋 焊接接頭冷卻到較低溫度下（對(duì)于鋼來(lái)說(shuō)在MS溫度以下）時(shí)產(chǎn)生的焊接裂紋稱(chēng)為冷裂紋。冷裂紋常發(fā)生在高強(qiáng)度鋼的厚板結(jié)構(gòu)中。其原因是接頭的剛度大，造成的局部應(yīng)力大，或在冷卻過(guò)程中氫析出后聚集造成局部應(yīng)力超過(guò)了鋼的強(qiáng)度極限。
% Z* W: ]0 {6 n' Y- u（3） 白點(diǎn) 在焊縫金屬拉斷面上，出現(xiàn)的如魚(yú)目狀的一種白色圓形斑點(diǎn)稱(chēng)為白點(diǎn)。其產(chǎn)生原因是焊接過(guò)程中吸收了過(guò)量的氫，故又稱(chēng)氫白點(diǎn)。
   低合金鋼焊接主要根據(jù)不同鋼號(hào)的屈服點(diǎn)等級(jí)選擇焊接材料，應(yīng)遵守等強(qiáng)度（某些鋼號(hào)應(yīng)考慮成分相同或相近）原則。對(duì)于厚度大、剛度大的構(gòu)件或在低溫下焊接時(shí)應(yīng)考慮使用低氫型焊條，焊前進(jìn)行預(yù)熱等，嚴(yán)格按照焊接工藝規(guī)范施焊。
& r' d0 r+ M  j* D9 m" ~- R& v低合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接
低合金結(jié)構(gòu)鋼按其屈服強(qiáng)度可以分為九級(jí)：300、350、400、450、500、550、600、700、800MPA。
強(qiáng)度級(jí)別≤400MPA的低合金結(jié)構(gòu)鋼，CEQ<0.4%，焊接性良好，其焊接工藝和焊接材料的選擇與低碳鋼基本相同，一般不需采取特殊的工藝措施。只有焊件較厚、結(jié)構(gòu)剛度較大和環(huán)境溫度較低時(shí)，才進(jìn)行焊前預(yù)熱，以免產(chǎn)生裂紋。
! A) ~; |3 d5 P# v; q強(qiáng)度級(jí)別≥450MPA的低合金結(jié)構(gòu)鋼，CEQ>0.4%，存在淬硬和冷裂問(wèn)題，其焊接性與中碳鋼相當(dāng)，焊接時(shí)需要采取一些工藝措施，如焊前預(yù)熱（預(yù)熱溫度150℃左右）可以降低冷卻速度，避免出現(xiàn)淬硬組織；適當(dāng)調(diào)節(jié)焊接工藝參數(shù)，可以控制熱影響區(qū)的冷卻速度，保證焊接接頭獲得優(yōu)良性能；焊后熱處理能消除殘余應(yīng)力，避免冷裂。
- I$ ?% c) T/ S# h    低合金結(jié)構(gòu)鋼含碳量較低，對(duì)硫、磷控制較嚴(yán)，手工電弧焊、埋弧焊、氣體保護(hù)焊和電渣焊均可用于此類(lèi)鋼的焊接，以手工電弧焊和埋弧焊較常用；
    選擇焊接材料時(shí)，通常從等強(qiáng)度原則出發(fā)，為了提高抗裂性，盡量選用堿性焊條和堿性焊劑，對(duì)于不要求焊縫和母材等強(qiáng)度的焊件，亦可選擇強(qiáng)度級(jí)別略低的焊接材料，以提高塑性，避免冷裂。


7 J& _+ d* P! X四、不銹鋼的焊接
% x3 N% }$ R2 T) b不銹鋼中都含有不少于12%的鉻，還含有鎳、錳、鉬等合金元素，以保證其耐熱性和耐腐蝕性。
( p! {5 Z6 K2 b9 |    按組織狀態(tài)，不銹鋼可分為奧氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼和馬氏體不銹鋼等，其中以?shī)W氏體不銹鋼的焊接性最好，廣泛用于石油、化工、動(dòng)力、航空、醫(yī)藥、儀表等部門(mén)的焊接結(jié)構(gòu)中，常見(jiàn)牌號(hào)有：1CR18NI9、1CR18NI9TI、0CR18NI9等。
% _& [$ W3 R% z- \; i（一）奧氏體不銹鋼的焊接性
奧氏體不銹鋼焊接件容易在焊接接頭處發(fā)生晶間腐蝕，其原因是焊接時(shí)，在450～850℃溫度范圍停留一定時(shí)間的接頭部位，在晶界處析出高鉻碳化物（CR23C6），引起晶粒表層含鉻量降低，形成貧鉻區(qū)，在腐蝕介質(zhì)的作用下，晶粒表層的貧鉻區(qū)受到腐蝕而形成晶間腐蝕。這時(shí)被腐蝕的焊接接頭表面無(wú)明顯變化，受力時(shí)則會(huì)沿晶界斷裂，幾乎完全失去強(qiáng)度。
8 G0 J# e( b1 M: y$ ^- l為防止和減少焊接接頭處的晶間腐蝕，應(yīng)嚴(yán)格控制焊縫金屬的含碳量，采用超低碳的焊接材料和母材。采用含有能優(yōu)先與碳形成穩(wěn)定化合物的元素如TI、NB等，也可防止貧鉻現(xiàn)象的產(chǎn)生。
奧氏體不銹鋼焊接的另一個(gè)問(wèn)題是熱裂紋。
4 O  U' O) H& t產(chǎn)生的主要原因是焊縫中的樹(shù)枝晶方向性強(qiáng)，有利于S、P等元素的低熔點(diǎn)共晶產(chǎn)物的形成和聚集。另外，此類(lèi)鋼的導(dǎo)熱系數(shù)小（約為低碳鋼的1/3），線(xiàn)脹系數(shù)大（比低碳鋼大50%），所以焊接應(yīng)力也大。
防止的辦法是選用含碳量很低的母材和焊接材料，采用含適量MO、SI等鐵素體形成元素的焊接材料，使焊縫形成奧氏體加鐵素體的雙相組織，減少偏析。
* v& E& }# [. G% X( _7 p（二）奧氏體不銹鋼的焊接工藝
一般熔焊方法均能用于奧氏體不銹鋼的焊接，目前生產(chǎn)上常用的方法是手工電弧焊、氬弧焊和埋弧焊。在焊接工藝上，主要應(yīng)注意以下問(wèn)題：
. ?; K$ f( ~3 Z" U8 ]（1）采用小電流、快速焊，可有效地防止晶間腐蝕和熱裂紋等缺陷的產(chǎn)生。一般焊接電流應(yīng)比焊接低碳鋼時(shí)低20%；
# |5 ]; C" y" `# Q（2）焊接電弧要短，且不作橫向擺動(dòng)，以減少加熱范圍。避免隨處引弧，焊縫盡量一次焊完，以保證耐腐蝕性。
, a+ E# D1 N: Y' W- h6 a（3）多層焊時(shí)，應(yīng)等前面一層冷至60℃以下，再焊后一層。雙面焊時(shí)先焊非工作面，后焊與腐蝕介質(zhì)接觸的工作面。
（4）對(duì)于晶間腐蝕，在條件許可時(shí)，可采用強(qiáng)制冷卻。必要時(shí)可進(jìn)行穩(wěn)定化處理，消除產(chǎn)生晶間腐蝕的可能性。

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