高碳钢焊接时应注意哪些事项
高碳钢焊接时应注意哪些事项
高碳钢焊接是一项技术要求较高的工作，由于其特殊的材料属性，焊接过程中容易产生各种缺陷。本文将详细介绍高碳钢焊接时需要注意的关键事项，包括焊接方法、材料选择、预热处理等，并提供具体的焊接工艺措施，帮助焊接技术人员提高焊接质量。
高碳钢是指含碳量（w(C)）高于0.6%的碳钢。它比中碳钢更容易硬化并形成高碳马氏体，对冷裂纹的形成更敏感。同时，焊接热影响区形成的马氏体组织又硬又脆，导致接头的塑性和韧性大大降低。因此，高碳钢的焊接性相当差，必须采用特殊的焊接工艺来确保接头的性能。高碳钢主要应用于要求高硬度和耐磨性的机器零件，如转轴、大型齿轮和联轴器等。为了节省钢材和简化加工工艺，这些机器零件常采用焊接结构组合。在重型机械制造中，也会遇到高碳钢零件的焊接问题。在制定高碳钢焊接的焊接工艺时，应综合分析各种可能出现的焊接缺陷，并采取相应的焊接工艺措施。
高碳钢的焊接性
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焊条电弧焊、钎焊和埋弧焊。
焊接材料
高碳钢焊接一般不需要接头和母材之间具有相等的强度。电弧焊时一般采用脱硫能力强、熔敷金属扩散氢含量低、韧性良好的低氢焊条。当要求焊缝金属与母材强度相等时，应选用对应牌号的低氢焊条；当焊缝金属与母材的强度要求不高时，应选用强度等级低于母材的低氢焊条。请记住，不能选择强度等级高于母材的焊条。若焊接时不允许母材预热，为防止热影响区产生冷裂纹，可采用奥氏体不锈钢焊条，以获得塑性好、抗裂能力强的奥氏体组织。
坡口准备
为了限制焊缝金属中碳的质量分数，应降低熔合比，因此焊接时一般采用U型或V型坡口，并注意清理坡口和油污，沟槽两侧20mm以内的锈迹等。
预热
用结构钢焊条焊接时，焊接前必须进行预热，预热温度控制在250℃～350℃之间。
层间处理
焊接多层、多道次时，第一道次采用小直径焊条及小电流。一般采用半立式焊接工件或采用焊条横向摆动，使整个母材热影响区在短时间内受热，以获得预热和保温效果。
焊后热处理
焊接后立即把工件放入加热炉中并保持在650℃下进行去应力退火。
高碳钢焊接缺陷及预防措施
由于高碳钢有强烈的硬化倾向，焊接时容易产生热裂纹和冷裂纹。
热裂纹的预防措施
- 控制焊接化学成分，严格控制硫、磷含量，适当增加锰含量，以改善焊接组织，减少偏析。
- 控制焊缝截面形状，宽深比稍大，避免焊缝中心出现偏析。
- 对于刚性焊接件，应选择适当的焊接参数、适当的焊接顺序和方向。
- 必要时采取预热缓冷措施，以防止热裂纹的发生。
- 增加焊条或焊剂的碱度，以减少焊缝中的杂质含量，改善偏析程度。
冷裂纹的预防措施
- 焊接前预热和焊接后缓冷，不仅可以降低热影响区的硬度和脆性，还可以加速焊接中氢的向外扩散。
- 选择合适的焊接措施。
- 采用适当的组装和焊接顺序，减少焊接接头的约束应力，改善焊接的应力状态。
- 选择合适的焊接材料，焊接前将焊条和焊剂干燥，并保存备用。
- 焊接前应仔细清除坡口周围基本金属表面的水、铁锈和其他污染物，以减少焊缝中扩散氢的含量。
- 焊接前应进行脱氢处理，使焊接接头处的氢气充分逸出。
- 焊接后应立即进行去应力退火处理，以促进焊接中氢向外扩散。
结论
由于高碳钢含碳量高、淬透性高、焊接性差，焊接时易产生高碳马氏体组织及焊接裂纹。因此，焊接高碳钢时，必须合理选择焊接过程，并及时采取相应措施，减少焊接裂纹的发生，提高焊接接头的性能。