適用于碳鋼的焊接方法很多，如氧乙炔氣焊，各種電弧焊方法，如焊條電弧焊、實(shí)心和藥芯焊絲埋弧焊、實(shí)心和藥芯焊絲C0₂氣體保護(hù)電弧焊、富氬混合氣體(Ar+少量CO₂氣體)保護(hù)電弧焊、自保護(hù)藥芯焊絲電弧焊、等離子弧焊，非熔化極氬弧焊(TIG焊)和熔化極弧焊(MAG焊)、電渣焊、氣電立焊、電阻焊、摩擦焊、釬焊、熱劑焊，攪拌摩擦焊，高能束焊(如電子束和激光焊)等。幾乎所有焊接方法都可以焊接碳鋼。

本期為大家總結(jié)了低碳鋼的常用焊接方法和焊接工藝分析，希望能夠?qū)Υ蠹以诘吞间摵附舆^(guò)程中的焊接工藝制定提供幫助。

1. 焊接性分析

低碳鋼因C、Mn、Si含量少，正常情況下焊接時(shí)，整個(gè)焊接過(guò)程不需要采取特殊的工藝措施，如不需要預(yù)熱、控制層(道)間溫度和后熱，焊后也不必采取熱處理改善接頭熱影響區(qū)和焊縫組織，其焊接熱影響區(qū)不會(huì)因焊接而引起嚴(yán)重的硬化組織或淬火組織。但在少數(shù)情況下，低碳鋼焊接性也會(huì)變差，焊接時(shí)出現(xiàn)困難，例如:低碳鋼接頭HAZ產(chǎn)生性能不合格幾種情況：低碳鋼接頭的性能不合格主要表現(xiàn)為接頭的彎曲性能不合格，焊接熱影響區(qū)或焊縫的沖擊性能不合格，焊接接頭的強(qiáng)度不足，疲勞或腐蝕等性能不合格。

市場(chǎng)上低碳鋼由不同企業(yè)采用不同的方法冶煉，如電爐、小高爐、轉(zhuǎn)爐。這些不同冶煉方法，盡管主要成分符合國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致實(shí)際鋼材中的S、P、N、0等含量出現(xiàn)明顯差異而引起鋼的焊接性變化或差異性明顯。一旦低碳鋼中的N含量過(guò)高，鋼材的冷脆性增加，時(shí)效敏感性增大，導(dǎo)致焊接接頭的韌性脆化。鋼中S、P盡管達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，但有時(shí)會(huì)出現(xiàn)S、P在鋼中的局部偏聚，形成鋼中局部S、P含量大大超過(guò)平均含量，此時(shí)，鋼材的這一局部的冷脆和時(shí)效敏感性大，焊接時(shí)，這一局部偏聚區(qū)位于熱影響區(qū)熔合線附近時(shí)，容易形成液化裂紋。當(dāng)這一局部偏聚的S、P熔化進(jìn)入熔池后，也會(huì)造成該熔池凝固后的焊縫中的S、P含增高，使這段焊縫的熱裂傾向增大。

母材成分合格，但如果C等元素含量接近上限時(shí)，在其他焊接條件相同條件下，一旦焊接冷卻速度過(guò)快，如焊接環(huán)境溫度變化，就有可能導(dǎo)致焊接熱影響區(qū)出現(xiàn)脆硬組織，導(dǎo)致韌性降低或冷彎不合格，甚至有時(shí)產(chǎn)生裂紋。

焊縫沖擊性能不合格，與焊接材料的選擇密切相關(guān)。一般情況下，酸性焊條所焊焊縫的沖擊性能比同強(qiáng)度級(jí)別的堿性焊條所焊焊縫金屬?zèng)_擊性能低。若選用酸性焊條焊接的焊縫金屬?zèng)_擊性能達(dá)不到要求，可改用同強(qiáng)度級(jí)別的堿性焊條。堿性焊條所焊焊縫金屬仍達(dá)不到要求，可改用其他焊接方法，如氬弧焊。

焊接接頭的強(qiáng)度過(guò)低，與焊縫金屬?gòu)?qiáng)度過(guò)低或焊接熱影響區(qū)的軟化有關(guān)。焊縫金屬?gòu)?qiáng)度過(guò)低，或因選擇的熔敷金屬的關(guān)系，或熔敷金屬?gòu)?qiáng)度能達(dá)到要求，但熔敷金屬的合金元素因參與熔池的脫氧冶金過(guò)程，參與脫氧的合金元素越多，將減少最后焊縫金屬中的合金元素的量，有可能造成焊縫金屬的強(qiáng)度降低。對(duì)于熱軋或正火狀態(tài)的低碳鋼，一般不會(huì)因焊接造成熱影響區(qū)強(qiáng)度下降。但對(duì)于控軋、或調(diào)質(zhì)處理的低碳鋼板，應(yīng)注意因焊接造成的熱影響區(qū)的軟化區(qū)。

反過(guò)來(lái)，若選用的焊接材料的熔敷金屬?gòu)?qiáng)度過(guò)高，盡管強(qiáng)度過(guò)高，但會(huì)帶來(lái)接頭其他性能問(wèn)題，如塑性低，疲勞壽命降低等。

對(duì)于低碳鋼，鋼板的厚度增加時(shí)，焊接性也會(huì)發(fā)生變化。一方面，在鋼廠生產(chǎn)厚板時(shí)，因連鑄或模鑄坯厚度規(guī)格有限，導(dǎo)致生產(chǎn)不同厚度鋼板的壓縮比差異過(guò)大。在壓縮比變化過(guò)大時(shí)，會(huì)造成鋼板表面至心部性能差異過(guò)大，尤其是沖擊性能和塑性。由于鋼板的性能檢驗(yàn)時(shí)，通常在鋼板厚度1/4處取樣，而通常不檢驗(yàn)鋼板1/2處性能。這樣，對(duì)鋼板性能合格的厚鋼板，因焊接時(shí)，心部與其他部位的性能差別太大，而導(dǎo)致彎曲性能不合格。嚴(yán)重時(shí)，因心部組織的致密度不夠，在厚度方向上施加應(yīng)力過(guò)大或產(chǎn)生的焊接應(yīng)力作用下，甚至?xí)纬梢蚪M織致密度不足，沖擊吸收功低而產(chǎn)生撕裂現(xiàn)象。這種撕裂現(xiàn)象與通常的因沿不同偏析帶存在硫化物或氧化物造成的層狀撕裂不同。因此對(duì)于低碳鋼厚板，尤其是特厚板，應(yīng)關(guān)注其鋼材心部性能及其與其他部位的性能差異。

焊縫中產(chǎn)生熱裂紋的原因和情況。從成分上看，低碳鋼焊縫產(chǎn)生熱裂紋原因主要是所用焊接材料的熔敷金屬的S、P含量偏高，或熔敷金屬S、P含量達(dá)到要求，但低碳鋼母材的S、P含量平均偏高，或存在局部偏聚。對(duì)于前者，應(yīng)選用熔敷金屬的S、P含量低的焊接材料，對(duì)于后者，應(yīng)停止使用。

低碳鋼焊接熱影響區(qū)產(chǎn)生冷裂紋，應(yīng)從焊接熱影響區(qū)淬硬組織、接頭拘束度和焊縫中的含氫量等角度分析，并采取相應(yīng)的措施防止和解決。低碳鋼焊接熱影響區(qū)出現(xiàn)熱裂紋情況主要是與母材中局部存在S、P偏聚及其與氧化物形成低熔點(diǎn)的復(fù)合相有關(guān)。

2. 焊接工藝要點(diǎn)

低碳鋼作為焊接性優(yōu)良鋼種，許多焊接方法均可適用于焊接低碳鋼。如藥皮焊條電弧焊、埋弧焊、電渣焊、CO₂氣體保護(hù)焊、弧焊、氣焊、電阻焊、等離子弧焊、釬焊等。

焊接方法確定后，此種焊接方法對(duì)應(yīng)的焊接材料種類即確定。對(duì)低碳鋼焊接材料，一般根據(jù)其強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)的重要性，選用相配套的焊接材料。

所選用或?qū)嶋H使用的焊接材料，應(yīng)首先保證焊接接頭最小強(qiáng)度不低于母材最小抗拉強(qiáng)度要求下限。此處應(yīng)先根據(jù)熔敷金屬的最低強(qiáng)度級(jí)別與母材最小抗拉強(qiáng)度要求相匹配。但焊后焊縫金屬的實(shí)際強(qiáng)度與母材強(qiáng)度的關(guān)系，與熔敷金屬和母材金屬C、Mn、Si含量差異有關(guān)。熔敷金屬的合金元素最終進(jìn)入焊縫中的數(shù)量，與參與脫氧的合金元素?cái)?shù)量有關(guān)，參與脫氧的合金元素越多將減少最后焊縫金屬中的合金元素的量，有可能造成焊縫金屬的強(qiáng)度低于母材。

對(duì)于重要的低碳鋼結(jié)構(gòu)，選擇焊接材料時(shí)還應(yīng)考慮熔敷金屬的塑性和沖擊韌度要求。選用原則是應(yīng)使焊接材料熔敷金屬的塑性或沖擊性能指標(biāo)盡量達(dá)到或接近母材的塑性或沖擊性能最低要求。

按照力學(xué)性能選擇和確定好焊接材料后，應(yīng)按焊接材料制造廠推薦要求，在焊接材料使用前嚴(yán)格保管焊接材料，并在使用前按要求，進(jìn)行必要的烘干，尤其是堿性焊條和燒結(jié)焊劑，在使用中還應(yīng)注意防潮。

焊接參數(shù)選擇原則，在保證焊接過(guò)程穩(wěn)定的條件下，在焊接熱輸入和焊接效率之間尋求平衡。降低接頭熱輸入，在滿足接頭等強(qiáng)條件下，盡可能提高焊接熱影響區(qū)的沖擊性能和塑性。

焊接時(shí)，一般不需要預(yù)熱、控制層(道)間溫度和后熱，焊后也不必采取熱處理改善接頭熱影響區(qū)和焊縫組織。

對(duì)于超過(guò)一定厚度的低碳鋼板，在焊接環(huán)境溫度過(guò)低時(shí)，應(yīng)考慮適當(dāng)預(yù)熱。此時(shí)，預(yù)熱溫度的選用原則應(yīng)符合有關(guān)規(guī)程。

當(dāng)焊態(tài)接頭性能試驗(yàn)不合格時(shí)，如接頭的彎曲性能不合格，焊縫或焊接熱影響區(qū)的硬度超過(guò)技術(shù)要求指標(biāo)，也可以考慮用焊后熱處理(退火或正火等)的辦法恢復(fù)接頭性能。

3. 常用低碳鋼匹配的焊條和施焊條件

4. 碳鋼埋弧焊常用焊接材料