刘昌虎 王杰
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摘要：结构件焊接质量要求严格，密封性要好，整体无渗漏现象，不允许有裂纹等焊接缺陷。换管之前对材质、焊材选择、焊接位置进行了分析，并制订了焊接实施方案和工艺。只要合理地选择焊接材料和焊接工艺参数，同样能够取得满意的焊接质量，满足使用要求。本文对低碳钢和低合金钢焊接进行分析，以供参考。
关键词：低碳钢和低合金钢；焊接；探究
引言
钨极氩弧焊（TIG）是一种以高熔点的钨针作非熔化极，焊接电弧的功率上限受钨极熔点的限制，电流过大将造成钨极烧损，造成焊缝夹杂，影响焊接质量，故TIG焊工艺不适用于厚板焊接。为弥补TIG接头熔深不足的缺点，巴顿研究所提出了活性焊剂钨极氩弧焊，它是在TIG焊的基本原理之上提出的一种效率高、焊接质量可靠、操作简单的新工艺，只需在TIG焊之前在待焊区涂覆一层很薄的特制活性剂，其操作规范与TIG焊相同。
1焊接材料的选用
对不同材质钢焊接时，焊接材料的选择必须考虑焊接接头的使用、稀释作用、碳迁移、残余应力及抗热裂生等一系列问题，填充金属必须要满足基本要求：一是能够承受母材的稀释作用，不产生脆性组织和裂纹；二是确保接头的使用性能，并具有一定的使用寿命。这2种钢中Q235低碳钢的碳当量较高，焊接时产生脆性组织和裂纹的倾向较大，所以应尽量选用含碳量低，且含S，P杂质少的填充材料，焊接材料的选用以接近1Cr18Ni9奥氏体不锈钢为主，即所选用焊接材料能够保证焊缝金属的强度、韧性、塑性等力学性能与1Cr18Ni9不锈钢的相匹配，这样才能充分保证焊接接头的综合性能。经过认真比对，焊接1Cr18Ni9奥氏体不锈钢管和Q235低碳钢时，为兼顾2种母材的焊接性，为保证其焊缝金属的耐腐蚀性能，选择含铬镍量比母材的高、塑性和抗裂性较好的E309－16（A302）奥氏体不锈钢焊条作为焊缝的填充材料。
2焊接方法
焊接设备为华恒中乌联合实验室纵缝焊机，焊接电源型号为iAutomaticTIG5000，电源连接方式为直流正接。对接焊工艺参数为：焊接电流185A，焊接速度80mm/min，焊接电压14V，氩气流量15L/min，钨极直径3.2mm。焊后将试件切割，并用砂轮机对焊缝表面黑色熔渣进行轻微打磨，使用配制好的5%硝酸酒精对金相试样进行腐蚀，时长1min。采用WT-401MVD型数显维氏显微硬度计测定接头的硬度分布，实验所用载荷为200g，点间距0.5mm，每个试样取33个点。
3试验结果与分析
活性剂对接头微观组织的影响图1为未涂活性剂和涂敷活性剂焊缝显微组织。图1（a）为未涂活性剂接头焊缝组织，图中白色的先共析铁素体沿柱状晶界分布，无碳贝氏体沿晶界向晶内平行生长，焊缝区主要是针状铁素体和块状的多边形铁素体，粒状贝氏体在铁素体基体上分布，形态为孤立的小岛状或长条状，其强韧性较好，在铁素体基体上起到了强化作用。图1（b）为涂敷C1活性剂的接头焊缝组织，焊缝区主要相为粗大的先共析铁素体、板条状贝氏体和粒状贝氏体，部分先共析铁素体按一定方向的板条状分布，也有部分以块状分布，晶内存在较大尺寸的粒状贝氏体，少量小岛状的粒状贝氏体分布在铁素体基体上。图1（c）为涂敷C2活性剂接头焊缝组织，微观组织形态与图1（a）、（b）有明显差别，组织主要为针状铁素体，先共析铁素体沿晶界呈条状断续分布，晶粒细小，存在部分板条状贝氏体和粒状贝氏体，晶内为细小的针状铁素体以及细小的珠光体组织。现有的活性剂研究表明活性剂有细化晶粒的作用，本实验中涂敷C2活性剂后焊缝晶粒明显细化。反常的是在涂敷C1活性剂后焊缝生成了粗大的先共析铁素体，粗大组织会引起接头性能的严重下降，考虑到C1活性剂的成分都是氧化物，其中主要的两种氧化物SiO2占35%，Cr2O3占13%，两者在电弧高温作用下分解，有少部分的Si和Cr进入到熔池内，Si和Cr都是铁素针状铁素体和粒状贝氏体，还存在少量马氏体和残余奥氏体。不同活性剂作用下的接头热影响区组织有明显差异，受焊接温度场影响，晶粒经过复杂的再结晶过程，组织形态发生明显变化。
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图1
4低碳钢与低合金钢焊接前的准备
在执行焊接工艺之前，技术人员应仔细检查软钢和低合金钢产品图纸，观察产品结构设计特点，明确焊接重点、要点和难点，为提高焊接工艺应用质量打下基础，明确焊接方向后，技术人员应根据焊接工艺执行标准仔细检查焊接部件，确保相关部件符合焊接要求，并从根本上保证软钢和低合金钢的焊接质量。选择高质量零件，清除表面油渍、灰尘、氧化物、铁锈和其他灰尘的设备顺序必须科学合理，防止焊接过程中零件变形，确保低碳钢和低合金钢焊接工艺科学有效。为了提高低碳钢和低合金钢的焊接质量，技术人员总结了过去的工作经验，制定了焊接工艺准备制度，指导技术人员有效地执行相关工作，使工业生产制造产业向标准化、制度化、科学化的方向发展，有效地提高低碳钢和低合金钢焊接工艺的效果。
5低碳钢与低合金钢焊接具体过程
(1)技术人员应根据自己的工作能力、焊接条件、零件参数等合理选择焊接方法，通常技术人员会选择熔化、气体保护焊、TIG焊、手动焊等方法，以确保低碳钢和低合金钢焊接工艺符合工业企业的加工和制造标准。根据不同的接头热影响区域，有时会出现淬火状态，这样技术人员就可以消除焊后热处理工艺。例如，如果技术人员应用电渣焊接方法，则应通过回火处理抵消该方法的线能量产生的巨大负面影响，必要时技术人员应坚持创新的实践原则，总结以前的工作经验，结合多种焊接方法完成低碳钢和低合金钢焊接工作。如果焊接方法明确，技术人员必须合理选择焊剂、低氢线，防止低碳钢和低合金钢焊接过程中出现裂纹，从而影响焊接效果。(2)在焊接过程中，容易出现诸如钎焊、应力集中等问题，导致结构出现热裂纹，降低结构稳定性，因此技术人员必须合理控制焊接错误变量。例如，技术人员焊接相同厚度的低合金钢、软钢材料时，板材厚度为20mm时，将错误变量控制为1/8，板材厚度为20mm时，将错误变量控制为板材厚度的1/6，确保错误变量8mm。(3)技术人员在标准化焊接参数后，应根据焊接实际情况确定钎焊、焊接，并在控制焊接的同时，检查影响焊接、钎焊中是否存在杂质、裂纹等焊接质量的其他问题，以确保低碳钢和低合金钢的焊接质量符合相关标准。
结束语
采用焊接工艺进行低碳钢异种钢的焊接，只要合理地选择焊接材料、焊接工艺参数是能够获得满足产品技术要求的接头质量和使用要求。该产品的成功焊接为类似的结构及异种钢焊接提供了借鉴。
参考文献
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