淺談低碳鋼的焊接性與焊接缺陷的預防措施

閆照靜 李岳松

摘要：低碳鋼由于含碳量較低，焊接性較好，在焊接生產上得到了廣泛的應用。本文分析了低碳鋼的焊接性和常見焊接缺陷，并針對各種焊接缺陷提出了預防措施。

關鍵詞：低碳鋼;焊接性;焊接缺陷

引言

低碳鋼的碳含量較低，合金元素錳和硅的含量亦不高。總的來說，其焊接性良好，不會因焊接熱周期的快速冷卻，引起淬硬而使組織脆化。因此，在焊接板厚小于70mm的焊件時，焊前不需預熱，不必嚴格保持層間溫度。除了鍋爐、壓力容器等重要的焊接結構外，焊后不必作消除應力處理，整個焊接過程不必采取特殊的工藝措施，焊接性能優良。當采用高熱輸入焊接法焊接低碳鋼時，也會出現各種問題。

1、低碳鋼的焊接性

1.1焊接方法

低碳鋼焊接性好，幾乎可以選擇所有的焊接方法，并能保證焊接接頭的良好質量，例如氧乙炔、焊條電弧焊、埋弧焊、氬弧焊、二氧化碳氣體保護焊、電渣焊、等離子弧焊、電阻焊、摩擦焊和釬焊等。近年來新開發的一些高效、高質量的焊接方法和焊接工藝也低碳鋼焊接中得到了廣泛應用，例如高效率鐵粉焊條和重力焊條電弧焊、氬弧焊封底-快速焊劑埋弧焊、窄間隙埋弧焊、藥芯焊絲氣體保護焊等[2]。

1.2焊接材料

低碳鋼焊接時選擇材料應遵循等強度匹配的原則，也就是根據母材強度等級及工作條件來選擇焊接材料。低碳鋼結構通常使用抗拉強度平均值為420MPa的鋼材，而E43xx系列焊條熔敷金屬的抗拉強度不低于420MPa，在力學性能上正好與之相互匹配。這一系列焊條有多種型號，可根據具體情況選用。

1.3低碳鋼施焊工藝要點

低碳鋼焊接時一般不需要特殊的工藝措施，但在工件厚度較大或環境溫度較低（T≤0℃）時，會因冷卻速度加快而導致接頭裂紋傾向增加，例如在焊接直徑大于3000mm且壁厚不小于50mm的結構，焊接壁厚不小于90mm的第一道焊道，受壓容器壁厚不小于20mm時的焊縫等均有可能產生裂紋，因此焊接時應采取如下工藝措施：1）焊前預熱，焊接時保持道間溫度。預熱溫度根據實踐經驗和實驗結果來確定，不同產品的預熱溫度有所不同。2）采用低氫或超低氫型焊接材料。3）連續施焊整條焊縫，避免中斷。4）在坡口內引弧，避免擦傷母材，注意息弧時填滿弧坑。5）不在低溫下進行成形、矯正和裝配。6）盡可能改善嚴寒的勞動條件。上述措施可單獨使用，有時需要綜合使用。

2、焊接缺陷的產生及其預防

常見的焊接內部缺陷有：氣孔、夾渣、裂紋、未熔合、未焊透等。影響焊接質量的因素很多，如母材及焊接材料的質量、坡口加工和裝配精度、坡口表面清理狀況、焊接設備、工藝參數、工藝規程、焊接技術水平、天氣狀況等。任何一個環節處理不當，都會產生焊接缺陷，影響焊接質量。

2.1焊縫外形尺寸和形狀不符合要求

焊縫表面高低不平、焊波寬窄不齊、成形粗劣、焊縫尺寸過大過小等，都屬于焊縫外形尺寸和形狀不符合要求，它會降低焊接接頭強度，如果焊縫增高量過高，在截面過渡處會造成應力集中。造成焊縫外形尺寸和形狀不符合要求的原因有：焊件坡口角度不對或裝配間隙不勻;焊接規范選用不適當或操作不熟練等。防止措施是選用合適的坡口角度和裝配間隙，正確選擇焊接電流和焊接速度，采用合適的運條手法和角度，并隨時注意適應焊件坡口的變化。

2.2咬邊

咬邊是指在焊件沿焊縫邊緣的形成的溝槽或凹陷。它不僅減小焊接接頭工作截面，而且在咬邊處還會造成應力集中。在重要的結構或承受動載荷的結構中，一般不允許咬邊存在，或對咬邊深度有所限制。咬邊是由于焊件被熔化去一定深度，而填充金屬又未能及時補充所致。造成咬邊的原因有：焊接電流過大;運條速度過快;電弧拉得過長;焊條角度不當等。預防的方法是選擇合適的焊接電流和運條手法，并隨時注意控制焊條角度和電弧長度。

2.3焊瘤

熔化金屬流淌到焊縫之外未熔化的母材上的形成的金屬瘤稱為焊瘤。它常出現在立、橫、仰焊焊縫表面或無襯墊單面焊雙面成形焊縫的背面。焊瘤不僅影響美觀，還會造成表面夾渣。產生焊瘤的主要原因是運條不勻，操作不夠熟練。另外，立、仰焊時，焊接電流過大或電弧過長也會產生焊瘤。預防方法是掌握熟練的操作技術，保持運條均勻，使用堿性焊條時，應采用短弧焊接，立、仰焊時，焊接電流應比平焊縫小10%-15%。

2.4弧坑

由于斷弧或收弧不當，在焊道末端形成低洼的坑穴稱為弧坑。弧坑中常伴有裂紋和氣孔等缺陷，使該處焊縫的強度降低。產生弧坑的主要原因有：熄弧時間過短或焊接突然中斷;焊接薄板時電流過大。預防方法是選用合適的焊接電流，收弧時焊條應作短時間停留或作幾次環形運條。

2.5氣孔

焊接過程中，如果熔池中的氣泡在熔池金屬凝固時未能逸出，就會在焊縫內部或表面形成氣孔。氣孔會使焊縫的有效截面減小，降低焊接接頭的強度，破壞焊縫金屬的致密性。產生氣孔的原因有：坡口邊緣不清潔，有水、油、銹等雜質;焊條或焊劑受潮，含有水分;焊條銹蝕或藥皮變質、剝落等。另外，采用堿性焊條焊接時，如果電弧拉得過長或焊接速度過快，也會產生氣孔。預防氣孔的方法是嚴格按規定保管和烘干焊接材料，焊前認真清理坡口邊緣的雜質，選擇合適的焊接電流和焊接速度，控制焊接電弧長度。

2.6夾渣

如果焊接時形成的熔渣未能完全浮到表面而殘留在焊縫金屬中，就會產生夾渣。夾渣會減小焊縫的有效工作截面，造成應力集中，降低焊接接頭的強度和致密性。產生夾渣的原因有：焊縫邊緣有氧割或碳弧氣刨殘留的熔渣;坡口角度過小;焊接電流過小或焊接速度過快;使用堿性焊條時，電弧過長或電源極性不正確。防止夾渣的措施是：正確選取坡口尺寸，焊前認真清理坡口邊緣，選用合適的焊接電流、焊接速度和電弧長度，運條擺動要適當。另外，使用堿性焊條時，應盡量選用直流焊機，采用反接法，即焊機的正極接焊條，負極接焊件。

2.7未熔合和未焊透

焊接時，母材與焊縫金屬或焊縫層間局部未熔透的現象稱為未熔合，接頭根部未完全熔透的現象稱為未焊透。未熔合和未焊透減了焊縫工作截面，造成應力集中，降低了焊接接頭強度，并且是焊縫開裂的根源。產生未熔合的原因有：焊件坡口表面的氧化膜、油污等雜物未清理干凈;焊接時，熔渣妨礙了金屬間的熔合;運條手法不當，電弧偏在坡口一側。產生未焊透的原因有：焊件裝配間隙或坡口角度太小;坡口鈍邊太厚;焊條直徑太大;焊接電流過小或焊接速度過快;焊接電弧過長等。預防未熔合和未焊透的方法是：正確選取坡口尺寸，焊前認真清理坡口表面，合理選用焊條直徑、焊接電流和焊接速度，控電弧長度，運條擺動要適當，密切注意坡口兩側的熔合情況。

結束語

綜上所述，低碳鋼是目前工業用鋼中焊接性最好的鋼種，幾乎所有的焊接方法都可以用來焊接低碳鋼。當采用高熱輸入焊接法焊接低碳鋼時，要采取相應措施，保證焊縫質量。

參考文獻：

[1]牛磊.分析船體焊接缺陷管控規程研究[D].大連理工大學，2017.

[2]李彩云，劉斌.淺談焊接缺陷預防及質量檢驗[J].知識經濟，2017（15）：80.

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