高碳钢焊接时应注意哪些事项

高碳钢是指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保证接头的性能。。因此，一般很少用于焊接结构。高碳钢主要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[1]。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，也会遇到高碳钢部件的焊接问题。在制定高碳钢焊件的焊接工艺时，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。

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1 高碳钢的焊接性

1.1 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。

1.2 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、韧性好的低氢焊条。当要求焊缝金属与母材强度相等时，应选用相应牌号的低氢焊条；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。如果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。

1.3 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以内有锈迹等。

1.4 预热

用结构钢焊条焊接时，焊前必须进行预热，预热温度控制在250℃～350℃之间。

1.5 层间处理

焊接多层、多道次时，第一道次采用小直径焊条和小电流。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。

1.6 焊后热处理

焊接后立即将工件放入加热炉中并保持在650℃下进行去应力退火[3]。

2 高碳钢焊接缺陷及预防措施

由于高碳钢有很强的硬化倾向，焊接时容易产生热裂纹和冷裂纹。

2.1 热裂纹的预防措施

1）控制焊缝化学成分，严格控制硫、磷含量，适当增加锰含量，以改善焊缝组织，减少偏析。

2）控制焊缝截面形状，宽深比稍大，避免焊缝中心出现偏析。

3）对于刚性焊件，应选择合适的焊接参数、合适的焊接顺序和方向。

4）必要时采取预热和缓冷措施，防止热裂纹的发生。

5）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。

2.2 冷裂纹的预防措施[4]

1）焊前预热和焊后缓冷，不仅可以降低热影响区的硬度和脆性，而且可以加速焊缝中氢的向外扩散。

2）选择合适的焊接措施。

3）采用适当的装配和焊接顺序，减少焊接接头的约束应力，改善焊件的应力状态。

4）选择合适的焊接材料，焊前将焊条和焊剂干燥，并保存备用。

5）焊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。

6) 焊接前应进行脱氢处理，使焊接接头处的氢气充分逸出。

7）焊后应立即进行去应力退火处理，以促进焊缝中氢向外扩散。

3 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和焊接裂纹。因此，焊接高碳钢时，必须合理选择焊接工艺。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。