各种材料焊接工艺各种材料焊接工艺8.1碳钢、合金钢焊接8.1.1碳钢的焊接碳钢是最容易焊接的一种金属，适用于碳钢的焊接方法很多，氧–乙炔气气焊、药皮焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护电弧焊、等离子弧焊、电渣焊、电阻焊、磨擦焊、热剂焊、钎焊等，几乎所有焊接方法都能适用。

碳钢以铁为基础，以碳为合金元素，碳含量一般不超过 1.0%，此外，含锰量不超过1.2%，硅量不超过0.5%，皆不作为合金元素。

而其他元素，如镍、铬和铜等，更控制在残余量的限度内，远非合金成分。

杂质元素，例如硫、磷、氧、氮等，根据钢材品种和等级的不同，也都有严格限制。

碳钢的焊接性主要取决于碳含量，随着碳含量的增加，焊接性逐渐变差。

碳钢中的锰和硅对焊接性也有影响。

它们的含量增加，焊接性变差，但不及碳作用强烈。

锰和硅的影响可以折算为相当于多少碳量的作用，这样适用于碳钢的碳当量（Ceq）经验公式如下：Ceq= C + Mn/6+Si/24 (%)Ceq 值增加，则产生冷裂纹的可能性增加，焊接性变差。

通常，Ceq大于0.4时，冷裂纹的敏感性将增大，另外，焊接冷却速度也会影响焊缝和热影响区组织，从而影响母材的焊接性。

（1）低碳钢的焊接1)焊接性低碳钢含碳量低，锰、硅含量又少，所以通常情况下不会因焊接而引起严重硬化或淬火组织。

这种钢材的塑性和冲击韧性优良，焊成的接头塑性和冲击性也良好，焊接时，一般不需预热、层间温度和后热，焊后也不必采用热处理改善组织，可以说，整个焊接过程中毋需特殊的工艺措施，其焊接性优良。

2)焊接材料的选用a.焊接低碳钢时大多使用E43××系列的焊条，因为低碳钢结构通常使用GB700-88的Q235牌号钢材制造，这类钢材的抗拉强度平均值为417.5N/mm2（42. kgf /mm2），而E43××系列焊条熔敷金属的抗拉强度不小于420N/mm2（43 kgf /mm2），在力学性能上正好与之匹配。

b.埋弧焊焊丝和焊剂低碳钢埋弧焊一般选用实芯焊丝H08A或H08E，它们与高锰高硅低氟熔炼焊剂HJ430、HJ431、HJ433或HJ434配合，应用甚广。

c.二氧化碳气体保护焊丝实芯焊丝主要有H08Mn2Si和 H08Mn2Si A两种。

药芯焊丝主要有YJ502-1、YJ506-2、YJ506-3、YJ506-4等。

3)低碳钢在低温下的焊接在严寒冬天或类似的气温条件下焊接低碳钢结构，为避免出现裂纹可以采取以下措施：a.焊前预热，焊时保持层间温度。

b.采用低氢或超低氢焊接材料。

c.点固焊时加大电流，减慢焊速，适当增大点固焊缝截面和长度，必要时施加预热。

d.整条焊缝连续焊完，尽量避免中断。

e.不在坡口以外的母材上打弧，熄弧时弧坑要填满。

f.弯板、矫正和装配时，尽可能不在低温下进行。

g.尽可能改善严寒下劳动生产条件。

以上措施可单独采用或综合采用。

（2）中碳钢的焊接1)焊接性中碳钢含碳量0.3～0.60%。

当含碳量接近0.3%而含锰量不高时，焊接性良好。

随着含碳量的增加，焊接性逐渐变差。

如果含碳量0.5%左右而仍按焊接低碳钢常用的工艺施焊时，则热影响区可能产生硬脆的马氏体组织，易于开裂。

当焊接材料和焊接过程控制不好时，甚至焊缝也易开裂。

焊接时，相当数量母材会熔化进入焊缝，使其含碳量增高，容易产生焊缝热裂纹。

特别是杂质硫控制不严时，更易显示出来。

这种热裂纹在弧坑处更为敏感。

此外，由于含碳量增高，气孔敏感性也增大。

2)焊接材料的选用应当尽量选用低氢型焊接材料，例如低氢焊条，它们有一定脱硫能力，熔敷金属塑性和韧性良好，扩散氢量又少，所以，无论对热裂纹或氢致冷裂纹来说，抗裂性都较高。

在个别情况下，也可采用钛铁矿型或钛钙型焊条，但一定要有严格的工艺措施配合；亦可采用铬镍不锈钢焊条焊接，这时不需预热，而焊缝奥氏体金属塑性良好，可以减少焊接接头应力，避免热影响区冷裂纹产生。

用于中碳钢焊接的铬镍不锈钢焊条牌号有奥102、奥107、奥302、奥402、奥407等。

如果选用碳钢焊条或低合金钢焊条，而焊缝与母材并不要求等强时，可以选用强度等级稍低的低氢焊条。

通常，焊缝强度等级可以比母材强度等级低一档，例如，母材为490N/mm2(5kgf/mm2 )级，则焊条可用结426或结427，以代替结506和结507。

中碳钢焊接用焊条主要有结422、423、427、506、507、556、557、606、607。

3)中碳钢焊接工艺要点a、大多数情况下，中碳钢焊接需要预热和控制层间温度，以降低焊缝和热影响区冷却速度，从而防止产生马氏体。

预热温度取决于碳当量、母材厚度、结构刚性、焊条类型和工艺方法。

通常，35号和45号钢预热温度可为150～250℃，含碳量再高，或厚度大，或刚性大，则预热温度可在250～400℃。

b、焊后最好立即消除应力热处理，特别是大厚度工件，大刚性结构件和严厉条件下（例如动载荷或冲击载荷）工作的工件更如此。

消除应力回火温度一般为600～650℃。

c、如果不可能立即消除应力，也应当后热，以便扩散氢逸出。

后热温度不一定与预热温度相同，视具体情况而定。

后热保温时间大约每10mm厚度为1h左右。

d、当焊接沸腾钢时，加入含有足够数量脱氧剂（例如铝、锰、硅）的填充金属，可以防止焊缝的气孔。

埋弧焊的焊丝和焊剂配合适当，可以有足够的脱氧剂，例如硅或锰，也可防止焊接沸腾钢引起焊缝气孔。

（3）高碳钢的焊接1)高碳钢的焊接性高碳钢含碳量大于0.6%，除了高碳结构钢外，还包括高碳碳素钢铸件和碳素工具钢等。

它们含碳量比中碳钢更高，更容易产生硬脆的高碳马氏体，所以淬硬倾向和裂纹敏感倾向更大，从而焊接性更差。

因此，这类型不用于制造焊接结构，而用于高硬度或耐磨部件或零件，它们的焊接也大多数为焊补修理。

为了获得高硬度或耐磨性，高碳钢焊件一般都经过热处理，因此，焊接前应经过退火，可以减少裂纹倾向，焊后再进行热处理，以达到高硬度和耐磨要求。

2)焊接材料的选择焊接材料通常不用高碳钢，具体根据钢的含碳量、工件设计和使用条件等，选用合适的填充金属。

焊缝要与母材性能完全相同比较困难，这些钢的抗拉强度大多在675 N/mm2(69kgf/mm2 )以上，选用的焊接材料视产品设计要求而定，要求强度高时，一般用结707或结607，要求不高时可用结506或结507等焊条，或者分别选用与以上强度等级相当的低合金钢焊条或填充金属。

所有焊接材料应当是低氢型的。

也可以用铬镍奥氏体钢焊条焊接，其牌号与中碳钢用者相同，这时都不需要预热。

3)高碳钢焊接工艺要点高碳钢应先行退火，方能焊接。

采用结构钢焊条焊接时，焊前必须预热，一般为250～350℃以上，焊接过程中还需要保护与预热一样的层间温度。

焊后工件保温，并立即送入炉中在650℃保温，进行消除应力热处理。

8.1.2合金钢的焊接（1）低合金钢的焊接特点1)热影响区的淬硬倾向低合金结构钢在焊后冷却过程中，热影响区容易形成淬火组织——马氏体，使近缝区的硬度提高，塑性下降。

结果导致焊后产生裂纹，或者结构在较小载荷下，也可能产生脆性破坏。

2)冷裂纹敏感性：低合金钢的焊接裂纹主要是冷裂纹为防止冷裂纹的产生，主要从以下三个方面采取工艺措施。

其一是选择合适的焊接材料。

应使焊缝金属强度与母材金属相匹配，选用碱性低氢型焊条和碱性较高的焊剂。

焊前要严格进行烘干，焊丝应仔细去除油污，以减少氢的来源。

其二是提高预热温度，以减缓焊后冷却速度。

其三焊后及时进行热处理，可改善焊接接头的组织，减小残余应力，加速氢向焊缝外扩散。

同时还应注意拟定合理的焊接工艺参数和焊接顺序。

3)热裂纹及再热裂纹倾向采用高热输入焊接方法焊接高拘束度接头，例如厚板的电渣焊、埋弧焊和大功率熔化极气体保护焊时，焊接接头中也会出现各种形式的热裂纹。

在一些含碳化物形成元素较多，并能产生沉淀硬化的低合金高强度钢和热强钢厚壁接头中，往往会在焊件作焊后消除应力处理时，沿焊接过热区形成再热裂纹。

对于一些在高温高压下长期运作的焊件，在服役较长一段时期后，接头内亦有可能出现再热裂纹。

这种裂纹具有明显的晶间分布的特征，其起源部位往往在接头的应力集中区，如焊缝根部的未焊透或角焊缝的焊趾处。

（2）焊接材料各种焊接方法常用低合金钢焊接材料，如焊条、焊丝、焊剂和保护气体，可按表9-1选用，对于不同强度等级合金钢之间的异种接头，可按两者之中强度级别较低的一种选用焊接材料。

如由Q345（16Mn）钢与14MnMoV钢构成的异种钢接头可选用E5015焊条焊接。

但焊接工艺参数，如预热、后热温度以及消除应力处理温度，则应按强度级别较高的钢种考虑。

5表9-1序号 钢材牌号 焊条型号焊条电弧焊 埋弧焊 气体保护焊 氩弧焊国标 牌号 焊丝焊剂 焊丝 保护气体 焊丝1 Q345（16Mn ）E50 E5015 J507 HJ431 ER50-6 CO 2Ar+ CO 2ER50-4 2 19Mn6 E5016 J506 H10Mn2 HJ350 3 SM50BN E5018J50FeH08MnMoSJ3014 Q390（15MnV ） E55E5515-GJ557 J556H08MnMo H08Mn2MoHJ350 SJ301ER50-6 ER55-D2CO 2 Ar+ CO 2ER50-4 ER55-D25 Q420（15MnVN ）6 25Mn7 20MnMo8 13MnNiMoNb E60E6015-1DJ607H08Mn2MoHJ350 HJ250 SJ101 ER55-D2CO 2 Ar+ CO 2ER55-D29 18MnMoNb 10 13MnNiMo54 11 20MnMoNb 12 14MnMoV E70E7015-D2J707H08Mn2Mo H08Mn2NiMo HJ250 SJ101 ER55-D2TiCO 2 Ar+ CO 2 ER55-D2Ti13 13MnMoVN （调质状态） 14 14MnMoVN （调质状态）E80 E8015-D3 J807 H08Mn2NiMoHJ250 SJ101 - -ER55-D2Ti15 15Mo3 E50-A1 E5015-A1 R107 H08MnMo HJ350 ER55-D2 CO 2 Ar+ CO 2 ER55-D2 16 12CrMo E55-B1E5015-A1R207H10CrMoHJ350 ER55-B2MnCO 2 Ar+ CO 2ER55-B2Mn17 12CrMo E55-132E5515-132R307H12CrMoHJ350 SJ301 ER55-B2MnCO 2 Ar+ CO 2 ER55-D2 18 13CrMo44 19 20CrMo 20 12Cr1moV E55-132-V E5515-B 2-V R317 H08CrMoVHJ350 SJ301 ER55-B2MnV Ar+ CO 2ER55-B2MnV21 13CrMoV42 222.25Cr-1MoE60-B3E6015-B3R407H08Cr3MnMoAH08Cr2MoWVNbB HJ350 SJ101 HJ250 SJ101ER62-B3 ER62-B3WVNbBAr+ CO 2ER55-B3 ER62-B3WVNbB2312Cr2MoWVTiBE-55-B3-VWBE5515-B3-VWBR347（3）焊接方法目前用于低合金钢的焊接方法可分成两类：一类是高热输入焊接法，它是常规的焊接坡口内以相当高的熔敷率填满焊缝金属，如单丝和多丝埋弧焊以及电渣焊等；另一类是低热输入焊接法，并将接头设计成焊缝截面最小的窄间隙坡口形式。