適用于碳鋼的焊接方法很多，如氧乙炔氣焊，各種電弧焊方法，如焊條電弧焊、實心和藥芯焊絲埋弧焊、實心和藥芯焊絲C0₂氣體保護電弧焊、富氬混合氣體(Ar+少量CO₂氣體)保護電弧焊、自保護藥芯焊絲電弧焊、等離子弧焊，非熔化極氬弧焊(TIG焊)和熔化極弧焊(MAG焊)、電渣焊、氣電立焊、電阻焊、摩擦焊、釬焊、熱劑焊，攪拌摩擦焊，高能束焊(如電子束和激光焊)等。幾乎所有焊接方法都可以焊接碳鋼。

本期為大家總結(jié)了中碳鋼的常用焊接方法和焊接工藝分析，希望能夠?qū)Υ蠹以谥刑间摵附舆^程中的焊接工藝制定提供幫助。

1. 焊接性分析

中碳鋼w(C)范圍為0.30%~0.60%。當其碳含量處于該范圍的下限時，焊接性良好，隨著碳含量提高，焊接性逐漸變差。主要帶來的問題就是焊接熱影響區(qū)，因出現(xiàn)淬硬組織，帶來的強度提高，脆化和硬化，冷裂紋敏感性的增大。焊接時，因熔化母材中的碳進入熔池中，導(dǎo)致焊縫金屬碳含量增加，且因稀釋率的不同而使焊道間的性能變化。尤其是多層多道焊，因焊道稀釋率不同，而焊縫的強度、硬度等性能的不均勻性增大。進入熔池中的碳含量增加，也增加了焊縫中出現(xiàn)氣孔的敏感性。另外，隨著碳含量的增加，增加了焊縫中的S、P偏析，焊縫中的熱裂紋傾向增大。特別是母材S、P含量控制接近標準要求的合格值的上限附近時，易出現(xiàn)熱裂紋，尤其是弧坑處。焊接沸騰鋼時，應(yīng)保證所選用的焊接材料中有足夠脫氧劑，防止焊縫中的氣孔。

中碳鋼焊接后熱影響區(qū)更易形成脆硬的馬氏體組織，這種組織對氫更敏感，產(chǎn)生冷裂紋所需的臨界應(yīng)力更低。因此在焊接熱影響區(qū)脆硬組織不能避免前提下，應(yīng)設(shè)法采用低氫型焊條，并設(shè)法降低位于焊接熱影響區(qū)的焊后殘余焊接應(yīng)力水平，如適當提高預(yù)熱溫度等，并降低焊接區(qū)的拘束度。

中碳鋼即可作為強度較高的結(jié)構(gòu)件采用，也可作為機械部件和工具使用。作為機械部件時，要求其強韌性匹配。甚至同時具備耐磨性。這種情況下，可利用熱處理達到所需的性能。

若中碳鋼焊接前為退火狀態(tài)，焊后調(diào)質(zhì)處理達到焊接構(gòu)件設(shè)計性能要求。因此焊接時，尤其是選擇焊接材料，應(yīng)保證焊縫在調(diào)質(zhì)處理后同樣能達到母材所希望的強韌性或耐磨性要求。因此選擇焊接材料十分重要和關(guān)鍵。若焊前為調(diào)質(zhì)處理狀態(tài)，一方面應(yīng)保證焊后焊態(tài)下焊縫的性能達到焊接構(gòu)件的設(shè)計性能要求，另一方面，應(yīng)保證焊接熱影響區(qū)不過度軟化，同時也應(yīng)保證焊接熱影響區(qū)不出現(xiàn)明顯的硬化區(qū)和性能脆化區(qū)。減少熱影響區(qū)軟化的辦法是限制焊接熱輸人，而防止焊接熱影響區(qū)硬化的辦法就是要減緩熱影響區(qū)的冷卻速度，如預(yù)熱、后熱，適當提高焊接熱輸人。若這些工藝措施仍不能保證焊態(tài)下焊縫和熱影響區(qū)性能達到設(shè)計指標，可采取整體熱處理辦法解決。

有時為了提高中碳鋼耐磨或耐蝕性能，在表面堆焊一層高合金層。此時應(yīng)防止堆焊層與基體成分差異過大在熔合區(qū)產(chǎn)生過多的合金馬氏體組織，易造成該區(qū)冷裂紋或產(chǎn)生剝離。

對于中碳鋼鑄鋼件，焊接修復(fù)時，應(yīng)防止焊接冷裂紋或修復(fù)部位焊接殘余應(yīng)力過大而導(dǎo)致開裂。

2. 焊接工藝要點

焊接方法應(yīng)選用焊接熱輸入易控制，且較小的焊接方法，如焊條電弧焊，C0₂氣體保護焊、氬弧焊等。

焊接材料根據(jù)工況條件決定，首先應(yīng)強度上應(yīng)盡可能與母材等強。對于受動載荷或沖擊載荷工況條件下使用的構(gòu)件，焊接材料選用應(yīng)保證有一定的塑性和韌性。若構(gòu)件焊后需要整體熱處理，所選焊接材料，應(yīng)保證焊后熱處理焊縫金屬的性能滿足構(gòu)件性能要求。為了盡可能降低氫的危害，應(yīng)盡量選用低氫型焊接材料，也可選擇奧氏體型不銹鋼焊條進行焊接。

焊接參數(shù)選擇原則是盡可能減低焊接熱輸人。如選用小規(guī)格的焊接材料，單道不擺動焊接。對于厚度較大焊件，因焊接速度過快而易產(chǎn)生淬硬組織，可通過適當?shù)念A(yù)熱降低焊縫和熱影響區(qū)冷卻速度。

大多數(shù)情況下，中碳鋼焊接需要預(yù)熱和層間溫度，以降低焊縫和熱影響區(qū)冷卻速度，從而防止和減少馬氏體的產(chǎn)生。預(yù)熱溫度取決于碳當盤、母材厚度、結(jié)構(gòu)剛性、焊條類型和焊接方法。通常情況下，35號和45號鋼預(yù)熱溫度可在150~250℃，碳含量再高，或厚度增加，或剛性大，預(yù)熱溫度可提高到250~400℃。

對于厚度大或剛性大的構(gòu)件，或苛刻工況條件(動載荷或沖擊載荷)下使用的構(gòu)件，焊后應(yīng)立即進行焊后消除應(yīng)力熱處理，消除應(yīng)力處理的溫度一般在600~650℃。如果焊后不能立即進行消除應(yīng)力處理，可先進行消氫處理，消氫處理溫度在250~300℃。若消處理也無法進行，應(yīng)進行后熱，以增加氫從焊接區(qū)逸出，并通過減緩焊縫和熱影響區(qū)的冷卻速度，降低組織的硬度。

需要進行焊后調(diào)質(zhì)處理的中碳鋼焊件，應(yīng)控制淬火時的冷卻速度，防止在回火前形成淬火裂紋。

對于在中碳鋼表面堆焊合金層時，應(yīng)選用低氫焊接方法，如CO₂氣體保護焊，或低氫焊接材料，如埋弧焊堿度較高的焊劑。為了防止堆焊層剝離，可采用碳含量低、合金元素少的焊材先堆焊過渡層，然后再堆焊合金層。

修復(fù)厚大的中碳鋼鑄鋼件時，應(yīng)保證焊前預(yù)熱溫度，并比鋼板預(yù)熱溫度高。焊后應(yīng)立即進行消除應(yīng)力處理。

3. 典型中碳鋼焊接

實際工程中經(jīng)常焊接中碳鋼。中碳鋼除大量用作機器零件外，目前有些船舶、建筑鋼結(jié)構(gòu)也采用中碳鋼。焊接中碳鋼時，一般多采用焊條電弧焊或CO₂氣體保護焊等。在中碳鋼上增加耐磨或耐蝕面的面積較大時，或修復(fù)中碳鋼上面積較大的磨損面時，也可采用埋弧焊。用上述電弧焊焊接中碳鋼時，應(yīng)要限制焊接熱輸入，焊接材料在使用前應(yīng)嚴格烘干，并按工藝試驗確定的溫度進行預(yù)熱，并在焊接過程中保持層間溫度與預(yù)熱溫度相當。焊后，根據(jù)中碳鋼厚度，進行焊后消除應(yīng)力熱處理。當工件厚度較大時，也可增加中間消除應(yīng)力熱處理。保溫時間主要按工件的厚度確定。