第二章 碳素钢的焊接

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1、金属焊接基础主讲：第二章碳素钢的焊接复习思考题第四节　高碳钢的焊接性第三节　中碳钢的焊接性第二节低碳钢的焊接性第一节碳素钢概述第一节碳素钢的概述一、碳素钢的种类二、碳素钢的焊接性含碳量小于2.11%，并含有少量的Si、Mn、S、P等杂质的铁碳合金叫碳素钢。碳素钢简称碳钢（生产用碳钢含碳量<1.35%），在钢的用量中约占90%以上。缺点：强度低、淬透性低、回火抗力差、高温性能极差。一、碳素钢的种类按含碳量分类：低碳钢<0.3%C中碳钢0.3%~0.6%C高碳钢>0.6%C按用途分类：碳素结构钢碳素

2、工具钢按质量分类：普通碳素钢S≤0.05%；P≤0.045%优质碳素钢S≤0.04%；P≤0.04%高级优质碳素钢S≤0.03%；P≤0.035%钢材脱氧程度沸腾钢：不完全脱氧所得的钢，含氧量高，硫、磷杂质较多，且分布不均，焊接时有产生热裂纹和气孔倾向。镇静钢：镇静钢脱氧彻底，故含氧量低，杂质少。半镇静钢：介乎沸腾钢和镇静钢之间。行业特殊要求及用途(专用钢)按照某些专业的特殊要求，对普通或优质结构钢的成分和性能进行调整，从而生产出满足各种专业要求的专用钢。一、碳素钢的种类锅炉用钢：制造锅炉过热器、

3、主蒸汽管、锅筒、炉胆和炉管压力容器用钢：制造空气瓶、锅炉汽包、石化工业的气体分离或贮运设备的压力容器等要求：一般为低碳优质镇静钢，含碳量在0.15%~0.26%C，严格控制S、P、O2、N2等的含量良好不冷变形性和焊接性，一定的强度、高温强度和韧性、耐蚀性和一定的形变时效值、机械性能专用钢的牌号：在碳素结构钢或合金钢的钢号末尾加“锅”—“g”或“容”—“R”或“桥”“q”。例如20g、15MnVg或15MnVR、16Mnq等一、碳素钢的种类二、碳素钢的焊接性（成分、工艺）名称W（C）%典型硬度典型

4、用途焊接性低碳钢小于0.1560HRB特殊板材和、型材薄板等优0.15~0.3090HRB结构用型板带材、焊丝良中碳钢0.30~0.6025HRC机械部件及工具中高碳钢大于0.6040HRC弹簧、模具、钢轨差表2-1碳素钢焊接性和含碳量的关系焊接性主要取决与碳含量。成分二、碳素钢的焊接性焊接性主要取决与碳含量，锰、硅对焊接性也有一定的影响。Ceq=w(C)+1/6w(Mn)+1/24w(Si)对于碳钢来说，硅含量较少（<0.5%），不考虑硅对碳当量的影响。Ceq=w(C)+1/6w(Mn)碳当量>

5、0.4%时，冷裂纹的敏感性增大。其他合金元素对碳含量的影响，磷、硫、氧、氮对焊接性的影响。硫在钢中常以硫化铁的形式存在，并呈网状分布在晶粒边界，因而显著地降低钢的韧性。铁加硫化铁的共晶温度较低（985℃），因此，在进行热加工时，由于加工开始温度一般为1150～1200℃，而铁和硫化铁共晶已经熔化，从而导致加工时开裂，这种现象就是所谓“硫的热脆性”。硫的这种性质使钢在焊接时产生热裂纹。因此，一般在钢中对硫的含量都严格加以控制。另一方面，硫还容易引起焊接气孔。磷在钢中能全部溶于铁素体内。它对钢的强化作

6、用仅次于碳，使钢的强度和硬度增加，磷能提高钢的抗腐蚀性能，而塑性和韧性则显著降低。特别在低温时影响更为严重，这称为磷的冷脆倾向。故它对焊接不利，增加钢的裂缝敏感性。作为杂质，磷在钢中的含量也要加以限制。氧、氮危害较大，提高了时效敏感性。碳素钢的焊接性随含碳量增加而恶化，因为含碳量较高的钢从焊接温度快速冷却下容易被淬硬。被淬硬的焊缝和热影响区因其塑性下降，在焊接应力作用下容易产生裂纹。碳素钢被淬硬主要是因马氏体组织形成而引起。马氏体是碳在中过饱和的固溶体，它的硬度既和钢中含碳量有关，又和所形成的马氏

7、体数量有关，见图2-1。马氏体的数量受冷却速度影响，非常快的冷却速度可以产生100%马氏体，从而可达到最高硬度。因此，焊接含碳量较高的碳素钢时，就应当注意减缓冷却速度，使马氏体的数量减至最少。工艺图2-1含碳量对碳钢快速冷却产生各种%（马氏体）时的硬度影响焊接的冷却速度受焊接热输入、母材板厚和环境温度的影响。厚板或在低温条件下焊接，其冷却速度加快；预热或加大焊接线能量，可以降低冷却速度。碳素钢的碳含量增加到约0.15%以上时，对氢致裂纹尤其敏感。因此，焊接碳含量高于0.15%的碳素钢时，须注意减少

8、氢的来源。例如，减少焊条药皮中或埋弧焊剂里及母材上或大气中的水分，焊前对待焊部位及其附近须清除油污、铁锈等。手弧焊时宜选用低氢型焊条，在其它焊接方法中应制造低氢环境，以减少焊缝周围环境中的含氢量。对已溶入焊缝和热影响区的氢，可采取后热措施使之向外扩散。措施焊接碳素钢时产生裂纹的力学原因是结构的拘束应力和不均衡的热应力。即使是不易淬硬的低碳钢，在受枸束条件下采用了不正确的焊接程序，也会因这些应力过大而产生裂纹。总之，对碳素钢的焊接，应针对其碳含量不同而采取相应的工艺措施。当含碳较低时