摘要：低碳钢在众多行业都有使用，如果使用的效果不佳，就容易导致低碳钢出现质量问题。特别是低碳钢焊接的过程中，如果没有做好质量控制，就会导致低碳钢焊接出现各种缺陷，所以，必须要重视低碳钢的焊接。本文分析低碳钢的焊接性，论述焊接缺陷与预防措施。
关键词：低碳钢；焊接性；焊接缺陷
低碳钢含有铁素体和珠光体，其强度和硬度较低，塑性和韧性较好。因此，这种钢材具有良好的焊接性。碳含量很低的低碳钢硬度很低，切削加工性不佳，正火处理可以改善其切削加工性。低碳钢有较大的时效倾向，当钢从高温较快冷却时，铁素体刮碳、氮过饱和，它在常温也能缓慢地形成铁的碳氮物，因而钢的强度和硬度提高，而塑性和韧性降低，这种现象称为淬火时效。低碳钢由于强度较低，使用受到限制。适当增加碳钢中锰含量，并加入微量钒、钛、铌等合金元素，可大大提高钢的强度。若降低钢中碳含量并加入少量铝、少量硼和碳化物形成元素，则能够使其强度很高，并保持较好的塑性和韧性。
1 低碳钢的焊接性
1.1焊接方法。低碳钢焊接性好，几乎可以选择所有的焊接方法，并能保证焊接接头的良好质量，例如氧乙炔、焊条电弧焊、埋弧焊、氩弧焊、二氧化碳气体保护焊、电渣焊、等离子弧焊、电阻焊、摩擦焊和钎焊等。近年来新开发的一些高效、高质量的焊接方法和焊接工艺也在低碳钢焊接中得到了广泛应用，例如高效率铁粉焊条和重力焊条电弧焊、氩弧焊封底- 快速焊剂埋弧焊、窄间隙埋弧焊、药芯焊丝气体保护焊等。
1.2焊接材料。低碳钢焊接时选择材料应遵循等强度匹配的原则，也就是根据母材强度等级及工作条件来选择焊接材料。低碳钢结构通常使用抗拉强度平均值为420MPa 的钢材，而E43xx 系列焊条熔敷金属的抗拉强度不低于420MPa，在力学性能上正好与之相互匹配。这一系列焊条有多种型号，可根据具体情况选用。
1.3低碳钢施焊工艺要点。低碳钢焊接时一般不需要特殊的工艺措施，但在工件厚度较大或环境温度较低（T ≤ 0℃）时，会因冷却速度加快而导致接头裂纹倾向增加，例如在焊接直径大于3000mm 且壁厚不小于50mm 的结构，焊接壁厚不小于90mm 的第一道焊道，受压容器壁厚不小于20mm 时的焊缝等均有可能产生裂纹，因此焊接时应采取如下工艺措施：1）焊前预热，焊接时保持道间温度。预热温度根据实践经验和实验结果来确定，不同产品的预热温度有所不同。2）采用低氢或超低氢型焊接材料。3）连续施焊整条焊缝，避免中断。4）在坡口内引弧，避免擦伤母材，注意息弧时填满弧坑。5）不在低温下进行成形、矫正和装配。6）尽可能改善严寒的劳动条件。上述措施可单独使用，有时需要综合使用。
2 影响焊接性的因素
2.1材料因素。材料因素是指焊接时，直接参与物理化学反应和发生组织变化的所有材料，包括母材、条、焊丝、焊剂、保护气体等。其中，母材本身的材质对热影响区的性能起着决定性的影响。主要所采用的焊接材料对焊缝金属的成分和性能也有关键性的作用。如果焊接材料与母材匹配不当，既可能引起焊接区内产生裂纹、气孔等各种缺陷，又可能引起脆化、软化或耐腐蚀等性能变化。
2.2焊接方法。同一种母材采用不同的焊接方法，其焊接性是不同的。如采用气焊焊接纯铝，焊接接头性能很差，而采用氩弧焊方法，则接头质量完全可以满足使用要求。焊接方法对焊接性的影响主要来自两方面：首先是热源的特点可以直接影响焊接热循环的主要参数，如最高加热温度、高温停留时间、相变区间的冷却速度等，从而影响接头的组织和性能；其次，不同的保护方式也会影响焊接冶金过程，必然会对焊接接头的质量与性能起到重要影响。
2.3构件类型。构件类型决定了接头的刚度、应力集中程度与应力状态。这些因素既可影响材料对焊接裂纹的敏感性，又可能影响接头的力学性能。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆因此，在结构设计中，在满足产品使用要求的前提下，应充分考虑焊接过程对产品质量可能带来的影响，力求合理安排焊缝的位置、数量，尽量避免焊缝过分集中，截面积突变等。
3 焊接缺陷与预防措施
3.1焊缝金属的热裂纹问题。在直边对接接头的单面或双面埋弧焊中，当母材的w（C）超过0．20％，W（S）大于0．03％，且板厚大于16mm时，往往会在焊缝的中心线形成热裂纹。当母材的偏析现象严重时，也可能在枝晶间形成人字形裂纹。这些裂纹形成的原因是，在直边对接接头焊接时，母材在焊缝中所占的比率较大，使焊缝金属中的碳、硫、磷含量超过了产生热裂纹的临界值，如焊缝成形系数小于1.3 就会导致焊缝金属形成热裂纹。为防止这种热裂纹的形成，一是可选用碳含量较低的焊丝；二是调整焊接参数，以改善焊缝的成形。如采取这两种措施均未凑效，则必须修改焊接工艺，在接缝边缘开一定深度的V 形或U 形坡口，减少母材在焊缝中的混合比，从而降低焊缝中的碳、硫含量。
3.2液化裂纹问题。液化裂纹多半出现于以高热输入量焊接的直边对接焊接接头中，裂纹部位总是在焊缝的熔合区。这种液化裂纹的尺寸很小，有的甚至只有几个晶粒的长度，不易被发现，但经常导致焊接产品试板弯曲，试样冷弯不合格。在分析液化裂纹的成因时发现，虽然所焊母材的碳、硫等含量均在钢材标准规定的范围之内，但因冶炼质量低劣，存在明显的偏析带，使硫、磷等有害杂质含量局部偏高；当以高热输入焊接时，焊缝熔合区在高温停留的时间较长，如焊接应变速率高于晶体变形能力的增长速度，就会产生液化裂纹；但弧焊热周期高温段的时间较短，限制了液化裂纹的扩展，如不仔细检查，则很难发现这种裂纹。为消除这种液化裂纹，首先可适当降低焊接热输入，加快焊接速度，以缩短焊缝在高温停留的时间；但热输入量的降低可能会引起未焊透。因此，当热输入降低至容许的最低值而仍未消除液化裂纹时，则必须采取第二种办法，即将直边对接改成V 形坡口对接，并将单层焊改为多层焊。这样，虽然降低了焊接效率，但避免了液化裂纹，保证了焊缝的质量。
3.3层状撕裂问题。在焊接厚度大于60mm 的碳钢厚板接头时，如钢材的冶炼质量较差，存在较多的非金属夹杂物，则在焊接应力较高的接头中，在焊接热影响区或靠近热影响区部位，有时会形成层状撕裂，并向平行于钢板轧制方向扩展。层状撕裂在角接和对接接头中均可能产生。这种裂纹通常在接头冷却至200℃温度以下，受较高的焊接应力的作用而产生。因此，层状撕裂是焊接冷裂纹的一种特殊形式。层状撕裂主要是由于钢板夹层中，存在非金属夹杂物，在钢板厚度方向焊接拉应力的作用下，使其与基体剥离，形成层状撕裂斑点。当这些斑点长大到一定尺寸时，则以脆断的形式扩展，再合并成宏观裂纹。避免层状撕裂最基本的方法，是选择保证厚度方向性能的钢材，如建筑结构用钢中的Q235GJ- Z15、Q235GJ- Z25 和Q235GJ- Z35；其次是从焊接工艺上采取相应措施，例如，对焊件进行适当的预热；降低焊接热输入量和减小焊缝尺寸；降低焊接收缩应力等。对于钢板分层严重的焊件，一种有效的解决办法是在坡口表面做一定厚度的预堆焊。
总之，低碳钢又称软钢，含碳量从0.10% 至0.30%，低碳钢易于接受各种加工如锻造，焊接和切削，常用於制造链条，铆钉，螺栓，轴等。碳含量低于0.25% 的碳素钢，因其强度低、硬度低而软，故又称软钢。它包括大部分普通碳素结构钢和一部分优质碳素结构钢，大多不经热处理用于工程结构件，有的经渗碳和其他热处理用于要求耐磨的机械零件。总之，当采用高热输入焊接法焊接低碳钢时，要采取相应措施，保证焊缝质量。
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论文作者:罗俊德
论文发表刊物:《基层建设》2018年第3期
论文发表时间:2018/5/16
标签：低碳钢论文; 裂纹论文; 层状论文; 含量论文; 应力论文; 材料论文; 强度论文; 《基层建设》2018年第3期论文;