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中碳鋼是指含碳量0.25%～0.60%的碳素鋼，包括優(yōu)質碳素結構中的30、35、45、50、55等和鑄造碳鋼中的ZG230-450、ZG270-500、ZG310-570、ZG340-640等鋼種。

由于中碳鋼的含碳量比低碳鋼高，其焊接性比低碳鋼差。當碳的質量分數接近0.30%而含錳量不高時，焊接性尚好，但隨著含碳量的增加，焊接性逐漸性明顯變差。

當碳的質量分數達到0.50%左右時，焊接性明顯變差。

一、焊接中碳鋼易出現的問題及工藝措施

焊接中碳鋼時容易發(fā)生的問題如下：

1、冷裂紋問題

由于鋼材的含碳量較高，焊接時熱影響區(qū)很容易產生硬脆的馬氏體組織，因此容易產生冷裂紋。如果焊接材料選用不當或焊接工藝制定不當，焊縫也容易產生冷裂紋。

2、熱裂紋問題

焊接時，含碳量較高的母材熔化后，也會把碳帶入焊縫中，使焊接中碳的含量增高。碳能加劇金屬中硫、磷等引發(fā)熱裂紋的作用，因此焊接中碳鋼時焊縫容易產生熱裂紋。特別是當母材或焊接材料中硫、磷含量控制不嚴時，更容易產生熱裂紋。

此外，鋼中碳的含量高，也使焊接縫產生 CO氣孔的傾向增大。

工藝措施

由于中碳鋼焊接時容易產生冷裂紋、熱裂紋等缺陷，因此焊接時需要采取一些特殊的工藝措施才能正常焊接。

1、焊接方法

各種電弧焊方法均可用于焊接中碳鋼。由于中碳鋼多用于制造機器零件，并非大型焊接結構，所以生產中焊條電弧焊方法應用的最多。

2、焊接材料

為了防止焊接接頭產生冷裂紋和熱裂紋，焊條電弧焊時通常都采用低氫焊條焊接。低氫焊條不僅使焊縫中含氫量較低，而且具有一定的脫硫、磷作用，能提高焊縫的塑性和韌性。

當鋼中碳的含量較低且接頭拘束度不大時，也可采用鈦鐵礦型或鈦鈣型焊條焊接，但一定要采取嚴格的工藝措施相配合，例如盡量減少熔合比、對焊件嚴格預熱和控制層間溫度等。

如果焊件不能預熱，也可有采用鉻鎳奧氏體不銹鋼焊條焊接，

例如E308L-16（A102）、E308L-15（A107）、E309-16（A302）、E309-15（A307）、E310-16（A402）、E310-15（A407）等。

3、 預熱溫度和層間溫度

焊前預熱是焊接中碳鋼時防止產生裂紋最有效的工藝措施。預熱不僅能降低接頭的冷卻速度，從而防止產生馬氏體，而且能減少焊接應力和加速氫的擴散逸出。

大多數情況下都需要預熱和保持層間溫度。

預熱溫度和層間溫度的選擇取決于鋼材的碳當量、母材的厚度、結構的剛性、焊條的類型等。

預熱溫度可通過焊接性試驗來確定，也可通過經驗公式T0=550（C-0.12）+0.4δ確定，式中T0表示預熱溫度（℃），C表示所焊母材的碳的質量分數（%），δ表示鋼板厚度（mm）。

30、35、45鋼焊接時的預熱溫度和層間溫度可參表1。

4、坡口型式

焊件最好開U形或V形坡口，這樣可以減少母材金屬熔入焊縫的比例。如果是焊補鑄件缺陷，鏟挖出的坡口外形應圓滑，以減少母材熔入焊縫的量。

5、焊接參數

焊接宜采用直流反極性電源。多層焊時，由于母材溶化到第一層焊縫中的比例（質量分數）最高可達30%左右，因此宜采用小直徑焊條、小電流、慢焊接速度焊接。

6、焊后熱處理

焊后，焊件最好立即進行消除應力熱處理。特別是對于大厚度焊件、大剛性結構件和在動載荷或沖擊載荷下工作的焊件。

消除應力回火的溫度一般為600～650℃。

如果焊后不能立即進行消除應力熱處理，則應進行后熱，即進行略高于預熱溫度的加熱，保溫時間為大約每10mm厚度1h。

二、典型中碳鋼焊接工藝匯編

（一）35鋼與ZG270-500鑄造碳鋼

35碳鋼的質量分數為0.32%～0.39%，ZG270-500鑄造碳鋼碳的質量分數為0.31%～0.40%。碳當量約為0.45%，因此這類鋼的焊接性尚可。

但焊接時熱影響區(qū)仍有可能產生硬脆的馬氏體組織，有產生裂紋的傾向，所以焊接這類鋼時應采取一定的工藝措施。

1、焊接材料的選用

焊條電弧焊時，當要求焊縫與母材等強度時，可選用E5016（J506）或E5015（J507）焊條焊接；當不要求焊縫與母材等強度時，可選用E4316（J426）、E4315（J427）、E4303（J422）、E4310（J423）等焊條焊接。

埋弧焊時，焊劑可選用HJ430、HJ431；焊絲可選用H08MnA、H10Mn2等。

電渣焊時，焊劑可選用HJ430、HJ431、HJ360；焊絲可選用H10Mn2、H08Mn2Si、H08Mn2SiA等。

2、 預熱溫度和層間溫度

焊接35鋼和ZG270-500鑄造鋼時，通常焊件的預熱溫度和層間溫度為150℃左右，當焊件剛性比較大時，預熱溫度和層間溫度應提高到200～250℃。

局部預熱的加熱范圍為坡口兩側150～200mm。

3、 焊后熱處理

對于大厚度焊件，大剛性結構件和工作條件為動載荷或沖擊載荷的焊件，焊后宜立即進行消除應力回火處理，回火溫度一般為600～650℃。

對于一般厚度的焊件可采用后熱，以使擴散氫逸出。

后熱溫度一般為200～350℃，保溫時間為2～6h，視焊件厚度而定。

（二）45鋼與ZG310-570鑄造碳鋼

45鋼碳的質量分數為0.42%～0.5%，ZG310-570鑄鋼碳的質量分數為0.41%～0.50%。碳當量約為0.56%，淬硬傾向比較大，容易產生裂紋，焊接性比較差。

1、焊接材料的選用

焊條電弧焊時，盡量選用低氫型焊條，當要求焊縫與母材等強度時，可選用E5516-G（J556）、E5515-G（J557）焊條；當不要求焊縫與母材等強度時，可選用E4316（J426）、E4315（J427）、E5016（J506）、E5015（J507）、E4303（J422）、E4301（J423）等焊條。

埋弧焊時，焊劑可選用HJ350或SJ101，焊絲可選用H08MnMoA。

2、焊接參數的選擇

焊接45鋼和ZG310-570鑄造碳鋼，應選用較小的焊接電流，以降低焊縫的熔合比，減少母材中碳向焊縫中過渡的數量。

3、 預熱溫度和層間溫度

焊接這類鋼，焊前最好采取整體預熱，預熱溫度為200℃以上。

對于T形接頭，由于比平對接頭散熱方向多，會導致焊接接頭冷卻加快，增加產生冷裂紋傾向，預熱溫度應適當提高，預熱溫度為250～400℃，視焊件厚度而定。

層間溫度不應低于預熱溫度。

4、焊后熱處理

焊件焊后應立即進行消除應力回火處理，回火溫度為600～650℃。