1.低碳钢焊接
低碳钢的化学成分和机械性能见表
钢号 | 化学成分(%) | 机械性能 | ||||||||
C | Si | Mn | P | S | 屈服强度 (MPa) | 抗拉强度 (MPa) | 延伸率 (%) | 收缩率 (%) | 冲击值 (J/cm2) | |
A2 | 0.09~0.15 | 0.35~0.50 | ≤0.05 | ≤0.055 | ≥220 | 340~420 | ≥31 | |||
A3 | 0.14~0.22 | 0.12~0.15 | 0.40~0.65 | ≤0.05 | ≤0.055 | ≥240 | 380~470 | 25~27 | ||
08 | 0.05~0.12 | 0.17~0.37 | 0.35~0.65 | ≤0.035 | ≤0.040 | 200 | 330 | 33 | 60 | |
10F | 0.07~0.14 | ≤0.07 | 0.25~0.50 | ≤0.040 | ≤0.040 | 190 | 320 | 33 | 55 | |
10 | 0.07~0.14 | 0.17~0.37 | 0.35~0.65 | ≤0.035 | ≤0.040 | 210 | 340 | 31 | 55 | |
15F | 0.12~0.19 | ≤0.07 | 0.25~0.50 | ≤0.040 | ≤0.040 | 210 | 360 | 29 | 55 | |
15 | 0.12~0.19 | 0.17~0.37 | 0.35~0.65 | ≤0.040 | ≤0.040 | 230 | 380 | 27 | 55 | |
20F | 0.17~0.24 | ≤0.07 | 0.25~0.50 | ≤0.040 | ≤0.040 | 230 | 390 | 27 | 55 | |
20 | 0.17~0.24 | 0.17~0.37 | 0.35~0.65 | ≤0.040 | ≤0.040 | 250 | 420 | 25 | 55 | |
25 | 0.22~0.30 | 0.17~0.37 | 0.50~0.80 | ≤0.040 | ≤0.040 | 280 | 460 | 23 | 50 | |
A3g | 0.14~0.22 | 0.15~0.30 | 0.35~0.65 | ≤0.040 | ≤0.045 | 220 | 380~470 | 25~27 | ≥60 | |
15g | 0.10~0.20 | 0.15~0.30 | 0.35~0.65 | ≤0.040 | ≤0.045 | 210~230 | 360~460 | 25~28 | 70~80 | |
20g | 0.16~0.24 | 0.15~0.30 | 0.35~0.65 | ≤0.040 | ≤0.045 | 230~250 | 410~500 | 23~26 | 60~70 | |
22g | 0.19~0.26 | 0.17~0.37 | 0.70~0.90 | ≤0.040 | ≤0.045 | 270 | 430~530 | 24 | ≥60 |
(1)低碳钢的焊接特点低碳钢由于含碳量及合金元素低、强度不高、塑性好,具有优良的焊接性。几乎能用各种工艺方法进行焊接,不需要采用特殊工艺措施即可获得优质焊接接头。
焊缝产生裂纹、气孔的倾向性小,只有当母材、焊接材料成分不合格,如硫、磷含量偏高时,焊缝中才可能产生热裂纹。
低碳钢焊接通常不需要焊前预热,只是在环境温度较低或结构刚性过大时,才考虑预热措施。
(2)焊条选择按照焊接接头与母材等强的原则,选用强度级别相当的焊条。几种常规低碳钢焊接的焊条选用见表
钢号 | 焊条牌号 | |
普通结构件 | 重要结构件 | |
A3、A3F、08、10、15、20 | 结421、结422、结423、结424、结425 | 结426、结427、结506、结507 |
A3R、25、20g、22g | 结426、结427 | 结506、结507 |
(3)焊接工艺要点
① 焊前清除焊件表面铁锈、油污、水分等杂质,焊条必须烘干。
② 角焊缝、对接多层焊的第一层焊缝及单道焊焊缝要避免深而窄的坡口形式,以防出现未焊透和夹渣缺陷;
③ 为了防止空气侵入焊接区而引起气孔,降低接头性能,宜尽量采用短弧焊;
④ 焊件的刚性增大,焊缝的裂纹倾向性也增大,因此焊接刚性大的结构件时,宜采取焊前预热和焊后清除应力热处理的措施,预热及回火温度见表
钢号 | 材料厚度 (mm) | 预热温度和层间温度(℃) | 回火温度(℃) |
A3、A3F、08、10、15、20 | ~50 | ||
>50~100 | >100 | 600~650 | |
25、20g、22g | ~25 | >50 | 600~650 |
>25 | >100 | 600~650 |
⑤ 在环境温度低于-10℃下焊接厚壁构件是地,应采用低氢碱性焊条,并对焊件进行预热。预热温度见表
环境温度 | 焊件壁厚(㎜) | 温度(℃) | |
梁柱、桁架 | 管道、容器 | ||
-30℃以下 | <30 | <16 | 100~150 |
-20℃以下 | 17~30 | 100~150 | |
-10℃以下 | 35~50 | 31~40 | 100~150 |
0℃以下 | 51~70 | 41~50 | 100~150 |
2.中碳钢焊接
中碳钢化学成分及机械性能
钢号 | 化学成分(%) | 机械性能 | ||||||||
C | Si | Mn | S | P | Cr | Ni | σb (MPa) | σs(MPa) | σ5(MPa) | |
30 | 0.27~0.35 | 0.17~0.37 | 0.50~0.80 | ≤0.04 | ≤0.04 | 0.025 | 0.025 | 500 | 300 | 21 |
35 | 0.32~0.40 | 0.17~0.37 | 0.50~0.80 | ≤0.04 | ≤0.04 | 0.025 | 0.025 | 540 | 320 | 20 |
40 | 0.37~0.45 | 0.17~0.37 | 0.50~0.80 | ≤0.04 | ≤0.04 | 0.025 | 0.025 | 580 | 340 | 19 |
45 | 0.42~0.50 | 0.17~0.37 | 0.50~0.80 | ≤0.04 | ≤0.04 | 0.025 | 0.025 | 610 | 360 | 16 |
50 | 0.47~0.55 | 0.17~0.37 | 0.50~0.80 | ≤0.04 | ≤0.04 | 0.025 | 0.025 | 640 | 380 | 14 |
ZG35 | 0.32~0.40 | 0.20~0.45 | 0.50~0.80 | ≤0.05 | ≤0.05 | 500 | 280 | 16 | ||
ZG45 | 0.42~0.52 | 0.20~0.45 | 0.50~0.80 | ≤0.05 | ≤0.05 | 580 | 320 | 12 | ||
ZG55 | 0.52~0.62 | 0.20~0.45 | 0.50~0.80 | ≤0.05 | ≤0.05 | 640 | 380 | 14 |
(1)中碳钢的焊接特点 中碳钢含碳量较高,焊接性比低碳钢差。中碳钢焊接的主要问题是焊接热影响区容易产生低塑性淬硬组织。这种淬硬倾向随着钢中含碳量增加而增大。当焊件刚性较大或焊接材料、焊接规范选择不当时,容易产生冷裂纹。多层焊的第一层焊缝,由于母材金属熔合到焊缝中的比例较高,使焊缝金属含碳量及硫、磷杂质含量增高,容易产生热裂纹。
(2)焊接工艺要点
① 在要求焊缝与母材等强度时,应选用强度级别相当的低氢碱性焊条焊接。在不要求强度相等时,可以选用强度级别低于母材的低氢碱性焊条,以提高焊缝的塑性和抗冷裂纹、热裂纹的能力。某些情况下,甚至可以选用非碱性低氢焊条(如结422、结423)进行焊接,只要控制预热温度和降低母材熔合比,也能获得合格的焊接接头。当工件不允许预热时,为了防止产生冷裂纹,也可以选用塑性优良的铬镍奥氏体不锈钢焊条。常用中碳钢焊接时的焊条选用见表
钢号 | 焊条牌号 | ||
要求等强的构件 | 不要求等强的构件 | 塑性好的焊条 | |
35ZG35 | 结506、结507、结556、结557 | 结422、结423、结426、结427 | 奥102、奥302、奥307、奥402及奥407等 |
45ZG45 | 结556、结557、结606、结607 | 结422、结423、结426、结427结506、结507 | |
55ZG55 | 结606、结607 | 结422、结423、结426、结427结506、结507 |
② 预热可以降低热影响区的淬硬倾向,防止产生冷裂纹,是中碳钢焊接行之有效的工艺措施。
③ 为了减少母材金属熔入焊缝中的比例,焊接接头最好开U形或V型坡口。
④ 焊接时宜采用直流反极性及小规范参数。多层焊时,第一道焊缝易出现裂纹,应选用小直径焊条,小电流、低焊速。
⑤ 焊接过程中,宜采用锤击焊缝金属的方法,以减小焊件残余应力。
⑥ 焊后进行回火以消除应力,如果没有条件,则设法使焊件缓冷。
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