PDF《常用金属材料的埋弧焊接——碳钢》

北京时代科技股份有限公司 时代焊机・中国品牌 时代焊割・专家选择 常用金属材料的埋弧焊接――碳钢 碳钢是碳素钢的简称,是以铁为基本成分,以碳ω cQ1.

3%作为主要合金元素的铁碳合 金.碳钢中除铁、碳外,还含有少量的有益元素锰和硅,锰的质量分数一般小于

1 %,个别 钢中达到 1.2%,硅的质量分数都在 0.5%以下. 此外, 碳素钢中还含有少量的杂质元素硫和磷 等, 由于钢种质量要求不同, 对硫、 磷的限制有所不同. 对于某些重要碳素钢, 还需限制铬、 镍、铜、氨等元素的含量. 碳钢根据钢中含碳量的不同划分为低碳钢、中碳钢和高碳钢,其中,碳的质量分数ω c Q0.25 的碳钢称为低碳钢,碳的质量分数ω c=0.25~0.6%的碳钢称为中碳钢,碳的质量分 数ω c>0.6%的称为高碳钢. 由于中碳钢多用于制造机器零件, 并非大型焊接结构, 采用焊条电弧焊方法应用得较多, 同样, 高碳钢的淬硬倾向和裂纹敏感性都很大, 这类钢主要用于制造需要高硬度或耐磨的部 件或零件,其焊接工作主要是采用焊条电弧焊进行焊补修复,因此,就碳钢而言,埋弧焊主 要应用于低碳钢的焊接,但中碳钢的焊接也有应用.

一、焊接特点 碳钢的焊接性主要取决于碳的含量,随着含碳量的增加,焊接逐渐变差.碳钢中的锰和 硅对焊接性也有影响,其含量增加,焊接性变差,但不如碳的作用强烈.通常把锰、硅的影 响折算为相当多少碳量的作用, 这样就可以把碳、 锰和硅对焊接性的影响用碳钢的碳当量(CE) 经验公式来表示,即CE=ω c÷1/6wMN+1/24wSI(CE 值增加,则产生冷裂纹的可能性增加, 焊接形变差.通常,CE 值大于 0.4%时,冷裂纹的敏感性增大) . 1.低碳钢 低碳钢的含碳量低,锰、硅的含量也少,它的碳当量值远远小于 0.4% ,因此,低碳钢 在通常情况下不会因焊接而引起严重的硬化组织或裂纹. 低碳钢的塑性和韧性优良, 焊成的 接头也能获得满意的塑性和韧性. 焊接时一般不需采用特殊的工艺措施, 就能够获得优质的 北京时代科技股份有限公司 时代焊机・中国品牌 时代焊割・专家选择 焊接接头,因此其焊接性优良. 2.中碳钢 中碳钢包括 30, 35,

45 ,

50 ,

55 等碳素结构钢和 ZG230~450 ,ZG270~500, ZG310~ 570, ZG340~640 等铸造碳钢,由于中碳钢的含碳量比低碳钢高,其焊接性比低碳钢差.当 碳的质量分数接近 0.3%,而含锰量不高时,焊接性尚好,但随着含碳量的增加,焊接性逐 渐变差.当碳的质量分数达到 0.5%左右时,焊接性明显变差,容易产生冷裂纹、热裂纹和 一氧化碳气孔等缺陷,这时,一般不采用埋弧焊进行生产.

二、焊接工艺 通常,在焊接一般低碳钢结构时,焊丝可选 H08,H08A,配合 HJ430, HJ431;

焊接重要 低碳钢结构时,焊丝选 H08MnA ,配合 HJ431.详见表 1. 表1:低碳钢埋弧焊焊接材料的选用钢号 埋弧焊采用比手工电弧焊大得多的焊接规范参数,生产效率较高,熔深也大.对于厚度 较大的焊件,可以采用多道焊来完成.多道焊时,由于第一层焊缝里基本金属熔化比例(熔 合比)较大,焊缝中含碳量略有升高,再加上第一层的焊缝易形成不利的横截面形状(所谓

0 形截面),所以在第一层焊缝中容易产生热裂纹.在环缝自动焊时,为防止金属熔池中的液 态金属外流及保证焊剂的良好保护作用, 焊接位置应从最高处朝旋转的相反方向偏移一段距 离,使熔池保持在焊件的上表面. 如前所述,中碳钢焊接一般采用焊条电弧焊的方法,当35 钢、ZG270~500 钢、45 钢和 ZG310~570 采用埋弧焊时,要注意以下几点: 1)

35 钢, ZG270~500 钢采用埋弧焊时, 焊丝可选用 H08MnA , H10Mn2, 配合焊剂 HJ430 , HJ431 使用,而45 钢、ZG 310~570 采用埋弧焊时,焊剂一般选用 HJ350 或SJ101,焊丝选 北京时代科技股份有限公司 时代焊机・中国品牌 时代焊割・专家选择 用H08MnMoA. 2)35 钢、ZG270~500 钢埋弧焊时,焊件的预热温度和层间温度为 150?左右,当焊件 刚性比较大时,预热温度和层间温度应提高到 200~250?.局部预热的加热范围为坡口两侧 150~200mm.而45 钢、ZG310~570 埋弧焊时预热温度为 200℃以上.最好整体预热,层间 温度不得低于预热温度. 3)焊接时要选用较小的焊接电流,以降低焊缝的熔合比,减少母材中的碳向焊缝中过 渡的数量. 4)35 钢、ZG27D~500 钢埋弧焊时,对于厚度大,或者刚性大,或者工作条件恶劣的焊 件,焊后宜立即进行消除应力回火处理,回火温度一般为 600~650?C.对于一般厚度的焊 件可采用后热,以使扩散氢逸出,后热温度一般为 200~350 ?C,保温时间 2~6h.而45 钢、 ZG310~570 埋弧焊时, 焊件焊后应立即进行消除应力回火处理, 回火温度为 600~650 ? C.

三、操作实例 1.蒸汽锅炉锅筒 20g 的埋弧焊 蒸汽锅炉上锅筒采用 20g 钢制造,壁厚 30mm,其工作压力为 2.5 MPa,采用直流埋弧焊 进行焊接,纵缝和环缝的钢板厚度相同,坡口形式也一致(如图 1) .定位焊采用焊条电弧 焊. 图1:蒸汽锅炉锅筒的坡口形式 1)采用刨边机制作接头坡口,并对坡口及其两侧各 20~30mm 范围的铁锈、油污等杂质 进行清理,使其露出金属光泽. 2)在焊剂垫上进行定位焊,与此同时,在筒体纵缝两端装配产品焊接试板、引弧板和 引出板(如图 2).引弧板与引出板的尺寸均为 l50mm x 100mm x 30mm,坡口均与接头坡口相 同. 北京时代科技股份有限公司 时代焊机・中国品牌 时代焊割・专家选择 图2:装配形式 3)埋弧焊焊剂采用 HJ431,焊丝采用φ 5mm 的H08MnA ,焊丝伸出长度为 40mm;

定位焊 用焊条采用气保焊或手工焊条. 4)焊前,焊剂在 300℃烘干 2h;

焊条在 150℃烘干 2h.经烘干的焊剂、焊条放在 100℃ 左右的封闭保温筒里,随用随取. 5)焊接工艺参数如表

2 所示. 表2:锅筒(壁厚 30mm)的埋弧焊工艺参数 6)焊完正面焊缝以后接着焊反面焊缝,层间温度均控制低于 250℃. 7)焊接纵、环缝正面第一道焊缝时,反面(锅筒外面)加焊剂垫,要求纵缝的焊剂垫在焊 缝整个长度上都与焊件紧密贴合,且压力均匀,以防止液态金属下淌. 8)环缝焊接时.无论是正面焊缝,还是反面焊缝,焊丝均与筒体中心线偏离 35~45mm 距离. 9)焊接结束后,对锅筒的纵、环缝进行 100%射线检测,结果为 II 级.对产品焊接试板 进行检验,接头的强度和塑性均合格. 2.碳钢纵缝埋弧自动焊 若干条

20 钢板采用埋弧自动焊进行对接纵缝的焊接,钢板长度为 2000mm 和1000mm 两种.厚度为 20mm 焊接工艺如下: 1)采用 V 形坡口双面自动焊,坡口尺寸见图 3. 北京时代科技股份有限公司 时代焊机・中国品牌 时代焊割・专家选择 图3:钢板对接坡口形式与尺寸 2)清除坡口及其边缘的油污、氧化皮及铁锈等,对重要产品,应在距坡口边缘 30mm 内 打磨出金属光泽. 3)用J427 焊条在坡口面两端预焊长约 40mm 的定位焊缝, 长度大的工件还应增加若干中 间定位焊缝.定位焊缝需有足够的牢固性以保证安全起吊. 4)在接缝两端焊上与坡口形式一样的引弧板和引出板. 5)将干燥的 HJ431 焊剂铺在槽钢上做成简易的焊剂垫, 并用刮板将焊剂堆成尖顶, 纵向 成直线. 6)将装搭好的焊件起吊、翻身,置于焊剂垫上.起吊点应尽量接近装搭焊缝处,以免装 搭焊缝断裂. 工件安放位置如图

4 所示, 以防焊接时工件倾斜不平, 在其两端轻轻垫上木楔. 7)对应工件纵缝安放轨道与焊车, 装上φ 5mm 的H08MnA 焊丝, 放入经 250℃烘于的 H431, 工件接电源的负极. 8)调整好焊丝和指针(或红外跟踪) ,选择好所需的焊接工艺参数(如表 3) ,从引弧板 上起弧, 起弧后对所选用工艺参数仍可作适当调整. 焊接过程中要保证焊丝始终指向焊缝中 心.焊接过程必须在引出板上结束. 表3:20 钢对接自动焊规范 北京时代科技股份有限公司 时代焊机・中国品牌 时代焊割・专家选择 9)将背面焊好的焊件吊起、翻身,用碳弧气刨和砂轮磨去焊根,并清理焊道. 10) 进行坡口正面的焊接.第一层尽量使焊缝呈圆滑下凹形,并保留坡口边缘线;

第二 层必须盖住第一道焊缝.焊毕割除引弧板和引出板. 来源:摘自网络