【必读】碳钢常用焊接方法及焊接工艺分析Ⅲ—高碳钢

适用于碳钢的焊接方法很多，如氧乙炔气焊，各种电弧焊方法，如焊条电弧焊、实心和药芯焊丝埋弧焊、实心和药芯焊丝C0₂气体保护电弧焊、富氩混合气体(Ar+少量CO₂气体)保护电弧焊、自保护药芯焊丝电弧焊、等离子弧焊，非熔化极氩弧焊(TIG焊)和熔化极弧焊(MAG焊)、电渣焊、气电立焊、电阻焊、摩擦焊、钎焊、热剂焊，搅拌摩擦焊，高能束焊(如电子束和激光焊)等。几乎所有焊接方法都可以焊接碳钢。

本期为大家总结了高碳钢的常用焊接方法和焊接工艺分析，希望能够对大家在高碳钢焊接过程中的焊接工艺制定提供帮助。

高碳钢的w(C)大于0.60%。有包括高碳结构钢，还有高碳碳素钢铸件和碳索工具钢。与中碳钢焊接时，高碳钢焊接热影响区更易形成硬脆的高碳马氏体，所以高碳钢淬硬倾向和冷裂纹敏感性更大。因此这类钢一般不适合制造焊接结构，主要用于高硬度或耐磨部件、零件和工具即铸件或工具。但可以利用焊接，对铸件或零件进行局部修复。

为了获得高硬度或耐磨性，高碳钢零件一般都经过热处理，主要为淬火+回火。因此焊前应为退火状态，以减少冷裂倾向。焊后再进行热处理，以达到高硬度和耐磨性。

焊接高碳钢焊接材料熔敷金属的碳含量较低。用于焊接高碳钢时，熔化的母材使焊缝金属碳含量明显增高。此时，焊缝金属的淬硬倾向增大，强度升高，塑性降低，冷裂纹敏感性增大。同样，焊缝中碳增加，增加了S、P偏聚，热裂纹敏感性也增加。

焊接方法应选择方便易行的小热输入的焊接方法。故焊条电弧焊使用较多。

根据钢的碳含量、工件设计和使用条件，选择相应的焊接材料。焊接材料选用首先是尽可能保证焊缝或热影响区不产生冷裂纹，所选用焊接材料首先应当是低氢型的。高碳钢强度较高，焊缝金属要达到与高强钢母材等强较困难。对于接头强度要求较高时，可选用E7015-D2(J707、J707Ni)，强度要求不高时，也可选用E5016(J506)或E5015(J507)等焊条。也可考虑选用强度级别相近的低合金钢焊条或其他填充金属。

为了降低焊接时的预热温度，甚至不预热，必要时，焊接高碳钢也可使用铬镍型奥氏体不锈钢焊条，如牌号为A102、A107、A302、A307，碳含量很高时，可选用A402和A507。此时，不锈钢焊条不必一定是碱性焊条。

焊接时，应尽可能选用小规格焊条，使用较小的焊接参数，降低焊接热输入。焊接前，严格按焊接材料推荐的烘于温度进行烘培。

高碳钢一般焊前应为退火状态。采用结构钢焊条时，焊前必须预热，一般预热温度为250~350℃以上。焊接过程中，层间温度不低于预热温度。焊接过程和焊后应注意焊件保温，焊后立即送入炉中，在650℃下保温，进行消除应力热处理。

工件厚度、刚度较大时，应采取减少焊接内应力的措施，如合理安排焊道次序，采用分段倒退焊法、锤击焊缝等措施。

3.典型高碳钢焊接

a.钢轨的焊接

钢轨皆为高碳钢。铁道钢轨通常要尽可能建成无缝线路。钢轨的焊接是实现无缝线路的关键。我国目前主要采用3种焊接方法进行钢轨的铺设。

1)气压焊

又称加压气焊。利用氧乙炔气焊火焰，将钢轨端部待焊处加热到塑性状态，再沿着钢轨纵向施加压力，使两根钢轨的端部焊接成一体。钢轨的气压焊通常采用特殊的专用焊炬，形状与钢轨的截面相适应，用多个喷嘴，将钢轨端部快速均匀地加热，然后加压连接在一起。气压焊由于不需用电力，因此更适应于缺乏电力的野外现场施工。

2)热剂焊

20世纪60年代，我国研制出了铁道钢轨热剂焊，焊接50kg/m钢轨。热剂焊设备简单，操作方便，易于搬动、不需要电力，所以适用于野外施工或焊接联合接头，或用于抢修。但焊接接头的质量低于气压焊和电阻焊。

3)电阻焊

近年来，铁道无缝线路主要采用电阻焊。电阻焊效率高，机械化、自动化程度高、接头质量优良。我国已将电阻焊用于U74的60kg/m钢轨的电阻焊，效果良好。

b.桥梁斜拉钢索的焊接

目前，我国正在大规模建设斜拉索桥。斜拉钢索为高碳钢材料。目前，大量采用(C)0.80%以上的直径5mm或7mm左右的优质高碳钢丝拧绞而成。为了将素钢拉紧，需要在钢索端部焊上钢索端头。焊接时，需在较高温度下预热，采用强度级别比钢索低的焊条进行焊接。焊接时，保持与预热温度相同的层间温度，焊后缓冷。