中碳钢焊接操作
钢的焊接性
1.焊接性概念
金属的焊接性是指金属材料对焊接加工的适应性，主要是指在一定的焊接工艺条件下获得优质焊接接头的难易程度。它包括2 个方面的内容∶
（1）接合性能 即在一定的焊接工艺条件下，一定的金属形成焊接缺陷的敏感性。
（2）使用性能 即在一定的焊接工艺条件下，一定金属的焊接接头对使用要求的适应性。
2.影响焊接性的因素
金属材料的焊接性主要取决于材料的化学成分，而且与工件结构的复杂程度、刚性、使用条件及采用的焊接方法、焊接工艺条件等也有密切关系。
（1）材料因素 材料因素包括焊件本身和使用的焊接材料 （如焊条电弧焊时的焊条、埋弧自动焊时的焊丝和焊剂、气体保护焊时的焊丝和保护气体等）。它们在焊接时都参与熔池或半熔化区内的冶金过程，直接影响焊接质量。焊接材料选用不当时，会使焊缝金属化学成分不合格，力学性能和其他使用性能降低，还会出现气孔、裂纹等缺陷。由此可见，根据焊件正确选用焊接材料是保证焊接性良好的重要环节，必须十分重视。
（2）工艺因素 当同一焊件采用不同的焊接工艺方法和工艺措施时，所表现的焊接性也不同。例如，钛合金对氧、氮、氢极为敏感，如果采用气焊和焊条电弧焊，其焊接性就不好;由于氩弧焊或真空电子束焊能防止氧、氮、氢等侵入焊接区，因此采用这两种焊接方法焊接钛合金就比较容易。
焊接方法对焊接性的影响首先表现在焊接热源能量密度、温度及热输入量等方面。例如，为了防止具有过热敏感特点的高强钢焊接时出现过热，应对其采用窄间隙焊接、等离子弧焊接、电子束焊接等方法，以改善焊接性。又如，为了防止灰铸铁焊接时产生白口组织，应选用气焊、电渣焊等焊接方法，以改善焊接性。
工艺措施对防止焊接接头缺陷、提高使用性能也有重要的作用。例如，焊前预热、焊后缓冷和去氢处理等可以比较有效地防止热影响区淬硬变脆，降低焊接应力，避免氢致冷裂纹等。又如，合理安排焊接顺序能减小应力变形等。
（3）结构因素 焊接接头的结构直接影响应力状态，从而对焊接性发生影响。因此，应使焊接接头处于刚度较小的状态，能够自由收缩，以防止焊接裂纹的产生。缺口、截面突变、焊缝余高过大、交叉焊缝等都易引起应力集中，要尽量避免。焊件厚度或焊缝体积增大，会产生多向应力，应尽量避免。
（4）使用环境 焊接结构的使用环境多种多样，有高温或低温环境、充满腐蚀介质的环境、静载或动载的工作环境等。高温工作时，可能产生蠕变;低温工作或冲击载荷工作时，容易发生脆性破坏;在腐蚀介质下工作时，接头要求具有耐腐蚀性。总之，使用环境越差，焊接性就越不容易保证。
3.焊接性的间接判断法
钢材的化学成分是决定焊接热影响区是否淬硬的基本条件。在钢材的各种化学元素中，对焊接性影响最大的是碳。碳是引起淬硬的主要元素，故常把含碳量作为判别钢材焊接性的主要标志。钢中含碳量越高，其焊接性越差。钢中除了碳元素以外，其他的元素如锰、铬镍、铜、钼等对淬硬都有影响，故可将这些元素根据它们对焊接性影响的大小，折合成相当的碳元素含量，即碳当量，以判别焊接性的好坏。判断焊接性最简便的方法是碳当量鉴定法。
国际焊接学会推荐的估算碳钢和低合金钢的碳当量公式∶
CE=ω(C)+ω(Mn)/6+[ω(Cr)+ω(Mo)+ω(V)]/5+[ω(Ni)+ω(Cu)]/15
式中ω（C）、ω（Mn）、ω（Cr）、ω（Mo）、ω（V）、o（Ni）、o（Cu）表示该元素在钢中的含量。
当 CE＜0.4%时，钢材的淬硬倾向不明显，焊接性优良，焊接时不必预热;当CE= 0.4%～0.6%时，钢材的淬硬倾向逐渐明显，需要采取适当的预热和控制热输入等工艺措施;当CE>0.6%时，钢材的淬硬倾向更强，属于较难焊的材料，需采用较高的预热温度和严格的工艺措施。
用上述方法来判断钢材的焊接性只能作近似的估计，并不完全代表材料的实际焊接性。例如，16MnCu钢的碳当量约为0.34%～0.44%，焊接性还好;但当其钢板厚度增大时，焊接性会变差。
中碳钢焊接操作
碳素钢是以铁为基体，以碳为主要合金元素的铁碳合金（含碳量<2%），是工业中应用最广的金属材料。工业中使用的碳素钢的含碳量很少超过1.4%。用于制造焊接结构的钢材的含碳量还要低得多。
低碳钢含碳及合金元素少。淬硬倾向小，是焊接性最好的金属材料。在低碳钢的焊接过程中，一般情况下不需要采取特殊的工艺措施，就可获得较满意的焊接质量。低碳钢的焊接在前面已经训练过，这里重点介绍中碳钢的焊接。
一、中碳钢焊接工艺
1.中碳钢的焊接性
与低碳钢相比，中碳钢含碳量较高，因此其强度较高，焊接性较差。常见的中碳钢有 35 钢、45钢及55钢等。其焊接性表现为∶
（1）焊缝金属易产生热裂纹 从铁—碳合金图可知，铁—碳合金的凝固过程在一个温度区间内进行。由于中碳钢含碳量较高，因而凝固温度区间也增加，偏析现象也随之增大。在凝固收缩应力的作用下，其容易沿液态晶界处开裂，产生热裂纹的倾向增大。
（2）热影响区易产生冷裂纹 中碳钢焊接时，在热影响区易产生塑性很低的淬硬组织（马氏体），含碳量越高，淬硬倾向越大。当板材较厚、刚性较大时，在热影响区容易产生冷裂纹。当焊缝金属的含碳量较高时，也有产生冷裂纹的可能。
2.中碳钢焊接工艺要点
中碳钢焊接时，为了保证焊后不产生裂纹和得到满意的力学性能，通常应采取下列措施∶
（1）尽量采用碱性焊条 这类焊条的抗冷裂和抗热裂性能较好。当焊缝金属的强度不要求与焊件等强度时，可选用强度低的碱性焊条，如E4316、E4315。当对焊缝金属强度要求较高时，可采用E5015、E6015—D1、E7015—D2 等碱性焊条。中碳钢焊接时的焊条选用见表9—1。
特殊情况下，可采用铬镍不锈钢焊条焊接或焊补中碳钢。在焊前不预热的情况下，也不容易产生近缝区冷裂纹。用来焊接中碳钢的铬镍不锈钢焊条有 E309—16 （旧型号E1—23— 13—16）、E309—15（旧型号E1—23—13—15）、E310—16 （旧型号E2—26—21—16）、E310—15（旧型号E2—26—21—15）等。焊接时电流要小，焊接层数要多，熔深要浅。但由于成本高，一般在焊接量较少时采用。
根据中碳钢的焊接、焊补的实践经验。 先在坡口表面堆焊一层过渡焊缝再进行焊接焊接效果较好。堆焊过渡焊缝的焊条通常选用含碳量很低、强度低、塑性好的纯铁焊条[ω(C) ≤0.03%]。
（2）预热 中碳钢的预热温度取决于材料的含碳量、焊件的大小和厚度、焊条类型、工艺参数及结构刚度等。
（3）焊接工艺措施
1）焊接坡口尽量开成U形，以减少焊件熔入量。
2）焊接第一层焊缝时，尽量采用小电流、低焊速，以减小焊件熔入焊缝金属中的比例（减小熔合比），防止热裂纹。但应注意将母材熔透、避免产生夹渣及未熔合等缺陷。
3）碱性焊条在焊前要按照要求烘干。烘干温度为350～450℃，保温时间2 h。
4）锤击焊缝，以减小焊接残余应力、细化晶粒。
5）焊接结束时，应将焊件放在石棉灰中或在炉中缓冷。
6）对含碳量高、厚度大和刚性大的焊件，焊接后应进行必要的热处理，如在600 ～ 650℃下进行回火处理，以消除应力。
二、中碳钢焊接技能训练
中碳钢焊接的焊件图如图9—9所示。焊件是工作压力为24 MPa的高压管道，材质为45 钢。
中碳钢焊接方法及相应的焊接工艺参数见表9—2。
中碳钢焊接操作见表 9—3。
操作提示
（1）焊第一层时，为避免出现裂纹，运条速度不宜太快，焊道不能太薄，以保持焊件受热均匀; 熄弧时应将弧坑填满，以免出现火口裂纹。
（2）如果焊接过程中产生裂纹，应铲除重焊。
（3）选用正确的焊接顺序。