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【摘 要】高碳钢主要用于要求高硬度和耐磨性的机械零件，如主轴、大齿轮和联轴器。为了节约钢材和简化加工工艺，这些机械零件经常采用焊接结构相结合。高碳钢构件的焊接问题在重型机械制造中也存在。在制定高碳钢焊接工艺时，应综合分析各种焊接缺陷，并采取相应的焊接工艺措施。
【关键词】高碳钢；焊接性；焊接缺陷
中图分类号：TE963 文献标识码：A
引言
本文主要对高碳钢的焊接性与焊接缺陷进行了简要的分析，希望可以为相关工作人员提供一定的参考。
1高碳钢的焊接性分析
1.1焊接材料
材料的焊接性主要是指材料能被焊接的能力以及焊接难度。一般来说，材料如果可以通过常规的焊接，就能保持材料结合紧密，结构质量良好，焊接不出现裂纹的话，就说明该种材料的焊接性良好。如果材料只能通过特殊的焊接方式才能获得良好的焊接接头，说明该材料具有一定的焊接性。如果材料无论采取何种的焊接工艺，都不能有效的焊接，说明这种材料的焊接性很差，不适合用于需要焊接的设备当中。高碳钢材料在焊接过程中，内部的碳元素会成为焊接的杂质，降低焊接的效果，因此含碳量越低，焊接性能就越好，反之亦然。这里主要是对中碳钢的焊接方式进行研究，由于中碳钢的焊接性较差，在焊接的过程中经常会出现裂纹还有气孔，而且焊接出的接头呈现脆性，因此高碳钢材料的焊接一般会采用焊条手工电焊弧焊接。对于高碳钢结构的大型构件焊接，可以选用手工电渣焊，这种焊接方式焊接面积大，焊接强度高。
1.2坡口制备
为了限制焊缝金属中碳的质量分数，应减少熔合比，所以焊接时一般采用U型或V型坡口，并注意将坡口及坡口两侧20mm范围内的油污、铁锈等处理干净。
1.3预热
预热目的主要是减少焊件和焊缝的温度梯度，降低焊接接头的冷却速度，减少温差所造成的应力和淬硬组织，改善焊接头的性能、降低焊接区域硬度、减少残余应力以及排除焊缝区内氢等有害气体。预热是防止冷裂纹产生的有效措施之一。采用结构钢焊条焊接时，焊前必须预热，预热温度控制在250℃～350℃。1.5层间处理多层多道焊时，第一道焊采用小直径焊条，小电流焊接。一般将工件置于半立焊或使用焊条横向摆动，以使整个母材热影响区都在短时间内受热，以获得预热和保温效果。
1.6焊后热处理
焊后立即将工件放入加热炉中，在650℃进行保温进行消除应力退火。焊后执行稳定化退火处理（接头加热到850℃，保温2h，空冷）消除应力和表面酸洗、钝化处理。对奥氏体不锈钢轧制炉管和管件，如原材料要求做稳定化处理，则其焊接接头应进行稳定化处理，其热处理工艺同原材料。
2高碳钢的焊接缺陷分析
2.1裂纹
由于部件材质在进行理化检验时候化学分析结果不稳定，一些金属元素的数量会变化，容易出现其他含量的金属杂质，也是由于这些杂质致使其间也就容易出现焊接裂纹。除此之外，使用碳弧气刨倒坡口，极容易会导致焊区的局部出现碳化等现象，这样焊缝的局部就会形成珠光体，而且脆性较大，在整个结晶的过程中，极有可能会产生裂纹。焊接时选用低氢型焊条及碱性焊剂，必须控制低含氢量，这对防止冷裂纹至关重要，为此，焊前焊条应严格按规范烘干、保存、发放、回收。若设计允许应采用比母材强度低一级的焊条进行打底、焊接。采用预热（保持层间温度）、后热等措施，防止出现冷裂纹。严格控制焊缝金属中的S、P含量，尽可能降低焊接线能量，选用合适的坡口尺寸，以形成形状系数大的焊缝等措施，防止产生热裂纹。
2.2变形
部件在焊接的过程中，使焊缝出现焊接变形的情况，但由于部件的刚度大，产生的内应力较大而导致焊缝裂纹。有些焊缝裂纹严重的会导致压力容器爆炸，部件的角变形与错边导致的，这一缺陷会导致容器的焊接处出现结构不连续等现象，导致了焊接的边缘出现一系列的裂纹。该类缺陷的特点是由于应力都过于集中在焊缝接触处，会加大风险，同时增加出现安全事故的可能性。
3高碳钢的焊接缺陷预防措施
3.1防止裂纹措施
（1）要求S≤0.02%，适当提高碳含量，使之形成双相组织。（2）在明弧手工焊时，可在焊条药皮中加入适当金属或铁合金粉末，通过焊条药皮来实现焊缝的掺合金。（3）采用镍基焊条可减少热裂纹。（4）酸性焊条易形成裂纹，原因是会使焊缝柱状晶突出，非金属夹杂物沿柱状晶粒边界分布，使焊缝被其污染，造成热裂纹，所以要用碱性低氢型焊条，增加焊缝的抗裂性能。（5）因奥氏体钢导热性差，奥氏体钢的熔化深度大，所以要用短弧焊，小电流（85～95A为宜），快速焊焊接，采用多层多道，氩弧焊，把焊口处焊接应力控制在最小范围。（6）为防止弧坑裂纹，断弧时要进行弧坑处理。（7）制氢转化炉上下尾管由冷弯形成，不允许有裂纹。尾管表面不允许有大于0.3mm深的划痕。
3.2重视焊事项和操作方法
一是焊接前对气体流量做检查，严格控制气体流量，对焊枪喷嘴进行彻底清理；二是严格控制焊接工艺参数的设定和调节，做到打底、填充、表面焊接电流电压的微调；三是打底焊时电流、电压配比倾向于电压稍大，为了更好地熔合与背透，焊接速度快而薄，避免余高过高，产生死角不利于焊接；四是填充时，电流电压可适当加大，可调节到工藝参数要求的上线，这样易于熔池的流动，有害物质的溢出；五是表面焊接时要适当调低电流和电压，倾向于电流稍大，因为这样做可以略增加余高的高度，不至于过平或出现低洼，还可避免焊缝过热而出现的热收缩坑；六是层间温度要控制在250℃以下才能焊接；七是注意层间的修磨不易过大，避免出现坑洼及难熔合的死角而不利于有害于焊缝物质的溢出；八是.尽可能地把焊缝位置放置在水平位置，易于焊接；九是在焊接过程中严格把握焊接每一层的厚度，太厚不利于有害物质的溢出。
3.3加强焊接后的质量控制
焊接之后的检查养护工作也是质量控制的重要组成部分。在完成焊接之后，首先应该做好表面的清洁工作，将焊接处的金属熔渣还有尖锐突起进行处理，让表面尽量保持光滑。其次是对焊接处进行性能检测，检测内容包括致密性、强度还有连接性能等，要确保焊接过后的材料能够有效地结成整体。最后是焊接修补，当发现焊接存在不合理地方时，应该根据具体焊接情况设置相应的修补方案。要注意的是，在焊接过程中要做好焊接工作的记录与备案，方便在后期使用过程中焊接区域出现问题时进行信息查询，配合完成故障处理。
结束语
综上所述，高碳钢由于含碳量较高，淬硬性较大而焊接性较差，焊接时容易产生高碳马氏体组织，容易产生焊接裂纹，因此在高碳钢焊接时，要合理选择焊接工艺，并及时采取相应措施，减少焊接裂纹的出现，提高焊接接头性能。
参考文献：
[1]周军，黄建鹏，贾小磊，陈永刚.不等间隙碳钢厚板机器人埋弧焊焊接工艺研究[J].金属加工（热加工），2018（09）：12-14.
[2]文杰.高碳钢板与铝箔的爆炸覆合技术[N].世界金属导报，2017-03-14（B04）.
[3]冯昌文，余圣甫，闫宁.焊接热循环对U71Mn铁轨钢热影响区粗晶区组织性能的影响[J].新技术新工艺，2013（04）：80-83.
[4].高碳钢的焊接[J].电焊机，2009，39（12）：66.
[5]张方.高碳钢轨道焊接技术浅论[J].金属加工（热加工），2009（10）：41-42.
[6]孙建阁，黎振华，蒋业华，李大东，张开华.低合金高碳钢焊接热影响区的连续冷却转变曲线[J].机械工程材料，2009，33（01）：17-19+39.
（作者单位：中车青岛四方机车车辆股份有限公司）
【关键词】高碳钢；焊接性；焊接缺陷
中图分类号：TE963 文献标识码：A
引言
本文主要对高碳钢的焊接性与焊接缺陷进行了简要的分析，希望可以为相关工作人员提供一定的参考。
1高碳钢的焊接性分析
1.1焊接材料
材料的焊接性主要是指材料能被焊接的能力以及焊接难度。一般来说，材料如果可以通过常规的焊接，就能保持材料结合紧密，结构质量良好，焊接不出现裂纹的话，就说明该种材料的焊接性良好。如果材料只能通过特殊的焊接方式才能获得良好的焊接接头，说明该材料具有一定的焊接性。如果材料无论采取何种的焊接工艺，都不能有效的焊接，说明这种材料的焊接性很差，不适合用于需要焊接的设备当中。高碳钢材料在焊接过程中，内部的碳元素会成为焊接的杂质，降低焊接的效果，因此含碳量越低，焊接性能就越好，反之亦然。这里主要是对中碳钢的焊接方式进行研究，由于中碳钢的焊接性较差，在焊接的过程中经常会出现裂纹还有气孔，而且焊接出的接头呈现脆性，因此高碳钢材料的焊接一般会采用焊条手工电焊弧焊接。对于高碳钢结构的大型构件焊接，可以选用手工电渣焊，这种焊接方式焊接面积大，焊接强度高。
1.2坡口制备
为了限制焊缝金属中碳的质量分数，应减少熔合比，所以焊接时一般采用U型或V型坡口，并注意将坡口及坡口两侧20mm范围内的油污、铁锈等处理干净。
1.3预热
预热目的主要是减少焊件和焊缝的温度梯度，降低焊接接头的冷却速度，减少温差所造成的应力和淬硬组织，改善焊接头的性能、降低焊接区域硬度、减少残余应力以及排除焊缝区内氢等有害气体。预热是防止冷裂纹产生的有效措施之一。采用结构钢焊条焊接时，焊前必须预热，预热温度控制在250℃～350℃。1.5层间处理多层多道焊时，第一道焊采用小直径焊条，小电流焊接。一般将工件置于半立焊或使用焊条横向摆动，以使整个母材热影响区都在短时间内受热，以获得预热和保温效果。
1.6焊后热处理
焊后立即将工件放入加热炉中，在650℃进行保温进行消除应力退火。焊后执行稳定化退火处理（接头加热到850℃，保温2h，空冷）消除应力和表面酸洗、钝化处理。对奥氏体不锈钢轧制炉管和管件，如原材料要求做稳定化处理，则其焊接接头应进行稳定化处理，其热处理工艺同原材料。
2高碳钢的焊接缺陷分析
2.1裂纹
由于部件材质在进行理化检验时候化学分析结果不稳定，一些金属元素的数量会变化，容易出现其他含量的金属杂质，也是由于这些杂质致使其间也就容易出现焊接裂纹。除此之外，使用碳弧气刨倒坡口，极容易会导致焊区的局部出现碳化等现象，这样焊缝的局部就会形成珠光体，而且脆性较大，在整个结晶的过程中，极有可能会产生裂纹。焊接时选用低氢型焊条及碱性焊剂，必须控制低含氢量，这对防止冷裂纹至关重要，为此，焊前焊条应严格按规范烘干、保存、发放、回收。若设计允许应采用比母材强度低一级的焊条进行打底、焊接。采用预热（保持层间温度）、后热等措施，防止出现冷裂纹。严格控制焊缝金属中的S、P含量，尽可能降低焊接线能量，选用合适的坡口尺寸，以形成形状系数大的焊缝等措施，防止产生热裂纹。
2.2变形
部件在焊接的过程中，使焊缝出现焊接变形的情况，但由于部件的刚度大，产生的内应力较大而导致焊缝裂纹。有些焊缝裂纹严重的会导致压力容器爆炸，部件的角变形与错边导致的，这一缺陷会导致容器的焊接处出现结构不连续等现象，导致了焊接的边缘出现一系列的裂纹。该类缺陷的特点是由于应力都过于集中在焊缝接触处，会加大风险，同时增加出现安全事故的可能性。
3高碳钢的焊接缺陷预防措施
3.1防止裂纹措施
（1）要求S≤0.02%，适当提高碳含量，使之形成双相组织。（2）在明弧手工焊时，可在焊条药皮中加入适当金属或铁合金粉末，通过焊条药皮来实现焊缝的掺合金。（3）采用镍基焊条可减少热裂纹。（4）酸性焊条易形成裂纹，原因是会使焊缝柱状晶突出，非金属夹杂物沿柱状晶粒边界分布，使焊缝被其污染，造成热裂纹，所以要用碱性低氢型焊条，增加焊缝的抗裂性能。（5）因奥氏体钢导热性差，奥氏体钢的熔化深度大，所以要用短弧焊，小电流（85～95A为宜），快速焊焊接，采用多层多道，氩弧焊，把焊口处焊接应力控制在最小范围。（6）为防止弧坑裂纹，断弧时要进行弧坑处理。（7）制氢转化炉上下尾管由冷弯形成，不允许有裂纹。尾管表面不允许有大于0.3mm深的划痕。
3.2重视焊事项和操作方法
一是焊接前对气体流量做检查，严格控制气体流量，对焊枪喷嘴进行彻底清理；二是严格控制焊接工艺参数的设定和调节，做到打底、填充、表面焊接电流电压的微调；三是打底焊时电流、电压配比倾向于电压稍大，为了更好地熔合与背透，焊接速度快而薄，避免余高过高，产生死角不利于焊接；四是填充时，电流电压可适当加大，可调节到工藝参数要求的上线，这样易于熔池的流动，有害物质的溢出；五是表面焊接时要适当调低电流和电压，倾向于电流稍大，因为这样做可以略增加余高的高度，不至于过平或出现低洼，还可避免焊缝过热而出现的热收缩坑；六是层间温度要控制在250℃以下才能焊接；七是注意层间的修磨不易过大，避免出现坑洼及难熔合的死角而不利于有害于焊缝物质的溢出；八是.尽可能地把焊缝位置放置在水平位置，易于焊接；九是在焊接过程中严格把握焊接每一层的厚度，太厚不利于有害物质的溢出。
3.3加强焊接后的质量控制
焊接之后的检查养护工作也是质量控制的重要组成部分。在完成焊接之后，首先应该做好表面的清洁工作，将焊接处的金属熔渣还有尖锐突起进行处理，让表面尽量保持光滑。其次是对焊接处进行性能检测，检测内容包括致密性、强度还有连接性能等，要确保焊接过后的材料能够有效地结成整体。最后是焊接修补，当发现焊接存在不合理地方时，应该根据具体焊接情况设置相应的修补方案。要注意的是，在焊接过程中要做好焊接工作的记录与备案，方便在后期使用过程中焊接区域出现问题时进行信息查询，配合完成故障处理。
结束语
综上所述，高碳钢由于含碳量较高，淬硬性较大而焊接性较差，焊接时容易产生高碳马氏体组织，容易产生焊接裂纹，因此在高碳钢焊接时，要合理选择焊接工艺，并及时采取相应措施，减少焊接裂纹的出现，提高焊接接头性能。
参考文献：
[1]周军，黄建鹏，贾小磊，陈永刚.不等间隙碳钢厚板机器人埋弧焊焊接工艺研究[J].金属加工（热加工），2018（09）：12-14.
[2]文杰.高碳钢板与铝箔的爆炸覆合技术[N].世界金属导报，2017-03-14（B04）.
[3]冯昌文，余圣甫，闫宁.焊接热循环对U71Mn铁轨钢热影响区粗晶区组织性能的影响[J].新技术新工艺，2013（04）：80-83.
[4].高碳钢的焊接[J].电焊机，2009，39（12）：66.
[5]张方.高碳钢轨道焊接技术浅论[J].金属加工（热加工），2009（10）：41-42.
[6]孙建阁，黎振华，蒋业华，李大东，张开华.低合金高碳钢焊接热影响区的连续冷却转变曲线[J].机械工程材料，2009，33（01）：17-19+39.
（作者单位：中车青岛四方机车车辆股份有限公司）