一、低碳鋼
1. 焊接性
低碳鋼包括普通低碳鋼、優質低碳鋼、低碳鍋爐鋼以及低碳容器鋼、橋梁用鋼等,其含碳量低于0.25%。由于低碳鋼含碳量低,焊接性好,通常不需要采取特殊的工藝措施,就可以獲得優質的焊接接頭。低碳鋼焊接性的主要特點如下:
(1)塑性好,淬火傾向小,焊縫近縫區不易產生冷裂紋。
(2)一般焊前不需要預熱,但對于大厚度的結構或在溫度較低環境下焊接時,需要將焊件預熱至150℃左右。
(3)在焊接沸騰鋼時,由于鋼中雜質硫、磷含量較多,有產生輕微裂紋的傾向。
(4)如果火焰能率過大或焊接速度過慢等,會出現熱影響區晶粒長大的現象。
2. 氣焊工藝
對厚度1~3mm的低碳鋼薄板件的焊接,氣焊是首選的焊接方法。對于一般結構,焊絲可用H08、H08A;對于重要結構,焊絲可采用H08MnA、H15Mn。焊絲直徑應根據板厚選擇。低碳鋼的焊接,一般情況下不用氣焊熔劑,焊接時采用中性焰,要求乙炔的純度應在94%以上,氧氣采用工業氧即可。乙炔消耗量可根據焊件厚度δ,按Q=(100~200)δ計算,單位為L/h。
二、中碳鋼
1. 焊接性
中碳鋼由于含碳量比低碳鋼高,因而焊接性較差。中碳鋼焊接性的主要特點如下:
(1)含碳量越高、厚度越大,淬火的敏感性也越大,在焊縫金屬中容易產生熱裂紋,在熱影響區容易產生淬硬組織。
(2)由于熔池中含碳量較高,在焊接過程中產生的一氧化碳就比較多,因此焊縫容易產生氣孔。
(3)如果焊件剛度較大,焊接工藝參數和焊接材料選用不當,就容易產生冷裂紋。
2. 氣焊工藝
對于中碳鋼的氣焊,預熱是焊接的主要工藝措施。尤其在焊接厚度、剛性較大的焊件時,更需要預熱,以避免產生冷、熱裂紋,從而改善焊接接頭的塑性。
通常厚度大于3mm的中碳鋼焊件,預熱溫度為250~350℃。在氣焊時,可直接用氣焊火焰進行預熱,焊后要逐漸抬高焊嘴使其緩冷。
氣焊中碳鋼用的焊絲,要求其含碳量不得超過0.25%。如果要求焊縫金屬具有較高的強度,可采用合金鋼焊絲,如H08Mn、H08MnA、H15MnA、H10MnNi、H12CrMoA、H18CrMoA等。
中碳鋼的熔點比低碳鋼低,在焊接時的火焰能率要比焊接低碳鋼時小10%~15%,并且火焰焰心末端與熔池的距離應保持在3~5mm為宜,以避免母材過熱。焊接一般采用左焊法。火焰焰心距離熔池保持3~4mm。焊嘴沿坡口間隙做輕微的往復擺動前移,不做橫向擺動。在開始焊接時,焊嘴傾角可大些,約為45°,形成熔池后焊嘴傾角減小至30°左右,保持該角度向前焊接。焊絲應快速均勻填加,以減小母材熔化。焊接速度要求盡量快些,多層焊,每層焊縫應連續焊完,注意中間盡量不要停頓。
焊完后,用氣焊火焰將接頭周圍均勻加熱至600~680℃(暗紅色),再慢慢抬高焊嘴,用外焰烘烤接頭使其緩冷,以減少焊接殘余應力。焊后可用小錘錘擊焊縫,以提高焊縫的機械性能。
三、高碳鋼
1. 焊接性
高碳鋼由于含碳量很高,其焊接性差。在焊接時,碳化物容易在晶界處積聚長大,并且晶粒長大快,使接頭強度降低。鋼的含碳量增加,使鋼在焊接時淬硬和冷裂的傾向增大。另外,高碳鋼的導熱性能也比低碳鋼差,所以在熔池和熱影響區急劇冷卻時,將產生硬脆組織,在結構中引起很大的應力集中,結果導致形成冷裂紋。高碳鋼焊接的主要問題是,焊縫區容易產生熱裂紋,近縫區極易形成冷裂紋。
2. 氣焊工藝
焊前預熱和焊后熱處理是高碳鋼氣焊時的主要工藝措施。
焊前進行預熱,要將焊件坡口及兩邊各25~30mm范圍(包括引出板)內的金屬一起加熱到800~900℃,最好將焊接區域底部墊鋪的耐火磚也預熱到紅熱,以利于保溫。焊件在焊后應整體退火,以消除焊接殘余應力,然后根據需要進行其他的熱處理。高碳鋼焊件在焊后也可以進行高溫回火,回火溫度為700~800℃,這樣,可以消除應力,防止產生裂紋,并改善焊縫的脆性組織。
厚度大于或等于5mm的高碳鋼焊件,應盡量開X形坡口。焊好正面之后,在焊反面時,先從焊件的中間向一側施焊,然后再焊另一側,接頭重疊10mm左右,以消除焊縫中的裂紋。
當焊接要求不高的高碳鋼焊件時,可采用低碳鋼焊絲;當焊接要求較高的高碳鋼焊件時,則應選用與母材化學成分相近的焊絲,甚至選用合金結構鋼焊絲。
焊接高碳鋼可采用微碳化焰。焊前應用汽油消除焊接區表面的油垢。在焊接時,制備引出板,將焊縫收尾引出。引出板應與焊件等厚,并且材料與焊件相同。