低碳钢的焊接性与焊接缺陷分析

低碳钢的焊接性与焊接缺陷分析

崔传学冷庆君

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摘要：低碳钢焊接是现阶段焊接工艺发展以及应用逐步完善技术形式。在保证焊接工艺质量的同时方能够更好的促进焊接工艺的发展，从而提高焊接工艺具有应用效果。因此，本文主要对低碳钢的焊接性与焊接缺陷进行了简要的分析，希望可以为相关人员提供一定的参考。

关键词：低碳钢；焊接性；焊接缺陷

引言

低碳钢具有较好的焊接性，同时能够有相对增强焊接效率，具有低成本的特点，但在具焊接当中依然存在着一定的焊接缺陷。因此，需加强其焊接性与缺陷分析与研究。

1低碳钢的焊接性

低碳钢由于C、Mn、Si含量较低，正常情况下焊接时，整个焊接过程不需要特殊的技术措施。然而，在少数情况下，低碳钢的可焊性会变得更差，而且很难焊接。虽然母材成分合格，但如果C等元素含量接近上限，在与其它焊接条件相同的条件下，一旦焊接冷却速度，如焊接环境的温度变化，可能会导致焊接热影响区的脆硬组织，从而导致在韧性降低或冷弯不合格时，有时会出现裂纹。

2低碳钢焊接工艺分析

2.1焊接工艺参数确定

焊接工艺设计作为焊接工艺设计应用中的重要设计元素，对全面提高焊接质量具有重要意义。只有在焊接技术的应用过程中，才能很好地设置相应的焊接参数，以保证焊接技术的最终应用效果。在应用低碳钢板焊接技术的过程中，常用10号碳钢板作为特殊的焊接对比材料。通过焊接工艺操作中的材料控制，体现了整个焊接工艺的应用效果，保证了焊接工艺的最终应用效果。

2.2焊接性能测定

在对焊接工艺参数进行充分设计后，对焊接材料的应用性能进行专门分析，使焊接材料的性能能够及时得到充分发挥，从而充分体现相应的焊接工艺实施效果。通过本文的研究和分析，低碳钢板焊接工艺应用中的焊接性能试验结果见表1。从表1可以看出，相应的焊接材料在低碳钢板焊接技术实施中的应用存在明显差异。

表1低碳钢板焊接参数性能测定结果

2.3金相组织分析

当得到焊接材料的应用结果时，应对焊接材料的金相组织进行专门分析，并借助该分析进行相应的焊接工作，以确保在焊接工艺的实施中，相应的焊接参数和工艺可以精心设计，最终能保证焊接质量和焊接效果，从而提高机电产品焊接工艺的操作质量。

3低碳钢焊接缺陷分析

3.1表面纵裂缺陷

对沿连铸坯厚度方向截取的纵向裂纹缺陷试样进行了金相检验。从显微镜下可以看出，纵向裂纹从表面延伸到内部，深度约为5mm。FeO包埋在试样中，附近有氧化点。试样经试剂腐蚀后观察，裂纹附近组织有氧化脱碳现象。金相分析和观察结果表明，在裂纹附近有明显的氧化圈和脱碳现象，说明连铸坯表面裂纹是在结晶器中形成的，在连铸过程中在高温区形成的。通过金相分析可知，结晶器内铸坯表面产生纵向裂纹。弯月面区的一次方坯壳厚度不均匀，且应力集中在方坯壳薄弱部位。当应力超过钢坯壳的拉伸强度时，就会产生裂纹。微裂纹形成后，凝固壳局部过热会导致纵向裂纹扩展。主要有以下因素引起:1）液态渣层较薄，液态渣不能均匀地流进铜板与结晶器凝固壳之间的间隙，导致传热不均匀；2）渣膜厚度减小，纵向裂纹随铸造速度的增加而增大；3）多次流进生产SITE跟踪，虽然钢水液位相对稳定，但浸入式水口偏流问题屡见不鲜，这也导致了连铸坯的纵向裂纹。由于另一个原因，在后续试验中需要改进浸入式喷嘴的材料和形状。

3.2表面夹渣缺陷

对钢板边缘缺陷的显微分析表明，试样的表皮被提起。可见覆盖内壁的黑色或深灰色异物。利用扫描电子显微镜和能谱仪对检测点和形态分布进行了观察和分析。异物主要是硅、铝、钙、铁、钠、镁的氧化物，其中含有少量的F，成如表2所示。

表2夹渣物的组成成分

综合电镜分析结果表明，低碳钢板的边部剥落和黑线缺陷中含有钠和氟元素，是典型的轧后结晶器渣。卢桥东、杨荣光对板坯连铸结晶器夹渣及其影响因素进行了研究。指出夹渣主要有三种类型：剪切渣、卷渣和氩泡冲击钢。吸入夹渣是由夹渣界面引起的。根据渣界面的边缘特征，钢水从浸入式水口向上和向下流动在窄边形成，向上流动在边缘处回流形成表面流动。在再入过程中，液态渣滴被夹在钢渣界面，被固化的渣壳捕获，形成夹渣。可以判断，钢液形成的主要原因是剪切夹渣。

4钢异种金属的电阻点焊探究

在铝/钢异种金属电阻点焊过程中，由于铝合金和钢的共同熔化和反应，极易形成金属间化合物，因此如何控制金属间化合物生成和长大，从而降低其对接头力学性能的影响，是目前的研究重点。SunDaqian等人进行了1.0mm厚16Mn钢和1.5mm厚6063-T6铝合金的中频电阻点焊，研究了电极和工艺规范对接头强度的影响。焊接采用了传统的F型CuCr1Zr合金电极和优化电极，其中钢侧为圆锥型电极，尖端直径10mm，铝侧为球形电极，电极直径70mm。在采用F型电极和优化的工艺规范条件下，接头的最大拉剪载荷为2534N。采用优化电极后，由于改善了焊点区的温度分布，接头强度和成形质量得到显著改善。在采用优化电极和相应优化工艺规范的条件下，接头的最大拉剪载荷可达3623N，较前者提高了约43%。ArghavaniM.R.等人分别进行了2mm厚5052铝合金与1mm厚DC01钢（PS-Al接头）及1mm厚镀锌低碳钢（GS-Al接头）的电阻点焊，研究锌层对点焊接头组织特征与力学性能的影响[10]。结果表明，与GS-Al接头相比，PS-Al接头中形成的熔核体积较大，这是由于镀锌钢板与铝合金间的接触电阻较小，熔化锌层消耗的热量较低造成的。尽管PS-Al接头中形成的熔核体积较大，但是由于熔化的锌层被挤出到熔核外部边缘，所以PS-Al接头和GS-Al接头中的熔核直径基本相当。此外，PS-Al接头中，金属间化合物层的厚度随着焊接电流的增大而增加。而在GS-Al接头中，当焊接电流小于12kA时，由于接头界面处的产热增加，金属间化合物层的厚度随着焊接电流的增大而增加。与PS-Al接头相比，GS-Al接头中形成的金属间化合物层的厚度较薄。这与焊接过程中锌层的蒸发及振动有关。振动导致接头界面处金属间化合物的破坏和分离。锌层的存在导致两个接头的力学性能差异显著。当焊接电流小于12kA时，GS-Al接头形成不完全连接，接头力学性能较低，GS-Al接头的最大拉剪载荷低于PS-Al接头。但是，当焊接电流大于12kA时，由于GS-Al接头的拉伸应力较低，接头中金属间化合物的厚度低于临界值（小于5.5μm），因此GS-Al接头的断裂载荷高于PS-Al接头。

结束语

随着我国现代焊接技术的发展，对焊接工艺的操作和焊接参数的确定提出了新的要求。为了通过实施焊接工艺来提高机电产品的焊接性能，应进一步加强对低碳钢的可焊性和缺陷的研究。

参考文献：

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