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常用金属材料的焊接.doc
常用金属材料的焊接(碳钢、合金钢) (1)
1? 什么是焊接性?试述碳钢的焊接性。
焊接性是指材料在限定的施工条件下焊接成按规定设计要求的构件,并满足预定服役要求的能力。焊接性受材料、焊接方法、构件类型及使用要求四个因素的影响。
碳钢是以铁元素为基础的,铁碳合金,碳为合金元素,其碳的质量分数不超过1%,此外,锰的质量分数不超过1.2%,硅的质量分数不超过0.5%,后两者皆不作为合金元素。其它元素如Ni、Cr、Cu等均控制在残余量的限度以内,更不作为合金元素。杂质元素如S、P、O、N等,根据钢材品种和等级的不同,均有严格限制。因此,碳钢的焊接性主要取决于含碳量,随着含碳量的增加,焊接性逐渐变差,其中以低碳钢的焊接性最好,见表1。
表1? 碳钢焊接性与含碳量的关系
名? 称 碳的质量分数(%) 典型硬度 典型用途 焊接性 低碳钢 ≤0.15 60HRB 特殊板材和型材薄板、带材、焊丝 优 0.15~0.25 90HRB 结构用型材、板材、棒材 良 中碳钢 0.25~0.60 25HRC 机器部件和工具 ? 中(需预热、后热,推荐使用低氢焊接方法) 高碳钢 ≥0.60 40HRC 弹簧,模具,钢轨 ? 劣(需预热、后热,必需使用低氢焊接方法) 2? 什么是碳当量?碳钢的碳当量如何计算?
把钢中合金元素(包括碳)的含量按其作用换自成碳的相当含量,称为该种钢材的碳当量,可作为评定钢材焊接性的一种参考指标。
碳钢中的元素除C外,主要是Mn和Si,它们的含量增加,焊接性变差,但其作用不及碳强烈。国际焊接学会推荐的碳当量公式为
?
?
?????????????????????? Mn??????? Cu+Ni???????? Cr+Mo+V
??????? CE(IIW)= C + ──? + ──── + ────── (质量分数)(%)
???? ???????????????? ??6?????? ?? 15?????????????5
?
随着碳当量值的增加,钢材的焊接性会变差。当CE值大于0.4%~0.6%时,冷裂纹的敏感性将增大,焊接时需要采取预热、后热及用低氢型焊接材料施焊等一系列工艺措施。
3? 利用碳当量值评价钢材焊接性有何局限性?
碳当量值只能在一定范围内,对钢材概括地、相对地评价其焊接性,这是因为:
1)如果两种钢材的碳当量值相等,但是含碳量不等,含碳量较高的钢材在施焊过程中容易产生淬硬组织,其裂纹倾向显然比含碳量较低的钢材来得大,焊接性较差。因此,当钢材的碳当量值相等时,不能看成焊接性就完全相同。
2)碳当量计算值只表达了化学成分对焊接性的影响,没有考虑到冷却速度不同,可以得到不同的组织,冷却速度快时,容易产生淬硬组织,焊接性就会变差。
3)影响焊缝金属组织从而影响焊接性的因素,除了化学成分和冷却速度外,还有焊接循环中的最高加热温度和在高温停留时间等参数,在碳当量值计算公式中均没有表示出来。
因此,碳当量值的计算公式只能在一定的钢种范围内,概括地、相对地评价钢材的焊接性,不能作为准确的评定指标。
4? 试述低碳钢的焊接性。
由于低碳钢含碳量低,锰、硅含量也少,所以,通常情况下不会因焊接而产生严重硬化组织或淬火组织。低碳钢焊后的接头塑性和冲击韧度良好,焊接时,一般不需预热、控制层间温度和后热,焊后也不必采用热处理改善组织,整个焊接过程不必采取特殊的工艺措施,焊接性优良 。
但在少数情况下,焊接时也会出现困难:
1)采用旧冶炼方法生产的转炉钢含氮量高,杂质含量多,从而冷脆性大,时效敏感性增加,焊接接头质量降低,焊接性变差。
2)沸腾钢脱氧不完全,含氧量较高,P等杂质分布不均,局部地区含量会超标,时效敏感性及冷脆敏感性大,热裂纹倾向也增大。
3)采用质量不符合要求的焊条,使焊缝金属中的碳、硫含量过高,会导致产生裂纹。如某厂采用酸性焊条焊接Q235-A钢时,因焊条药皮中锰铁的含碳量过高,会引起焊缝产生热裂纹。
4)某些焊接方法会降低低碳钢焊接接头的质量。如电渣焊,由于线能量大,会使焊接热影响区的粗晶区晶粒长得十分粗大,引起冲击韧度的严重下降,焊后必需进行细化晶粒的正火处理,以提高冲击韧度。
总之,低碳钢是属于焊接性最好、最容易焊接的钢种,所有焊接方法都能适用于低碳钢的焊接。
5? 低碳钢焊接时,如何正确地选用焊接材料?
⑴手弧焊焊条的选用? 常用低碳钢Q235的抗拉强度平均值为417.5MPa,根据等强度原则,与之匹配的焊条应为E43系列。几种不同钢号的低碳钢手弧焊时焊条的选用,见表2。
表2? 低碳钢手弧焊时焊条的选用
钢??? 号 一般结构选用的
焊条型号 动载荷、复杂、厚板结构,锅炉受压容器,低温焊接
选用的焊条型号 施? 焊? 条? 件 Q235 E4313,E4303,E4301,E4320,E43
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