影響碳鋼焊條焊接質量的因素有很多,主要包括焊條因素、焊接工藝因素、焊件因素和焊接環境因素等方面,以下是具體介紹:
焊條因素
化學成分:焊條的化學成分直接影響焊縫金屬的性能。例如,碳含量過高會增加焊縫的硬度和強度,但同時也會降低其韌性和抗裂性;錳含量有助于提高焊縫的強度和韌性,還能起到脫氧脫硫的作用;硅也是一種脫氧劑,適量的硅能增加焊縫的強度,但過量會導致焊縫變脆。
藥皮質量:藥皮的作用是保護焊縫金屬、穩定電弧和向焊縫中過渡合金元素等。藥皮成分不均勻、厚度不一致或受潮等都會影響焊接質量。例如,藥皮受潮會使焊縫中產生氣孔、裂紋等缺陷;藥皮中合金元素含量不足,會導致焊縫金屬的力學性能不達標。
焊條直徑:焊條直徑的選擇應根據焊件的厚度、焊接位置和焊接電流等因素來確定。直徑過大,在焊接薄板或小電流焊接時,不易操作,且可能導致焊縫根部未焊透;直徑過小,焊接厚板時則需要多層多道焊接,效率低,且焊縫的力學性能可能受影響。
焊件因素
焊件材質:焊件的材質不同,其焊接性能也不同。例如,含碳量較高的碳鋼,焊接性較差,容易產生裂紋等缺陷,需要采取特殊的焊接工藝措施,如焊前預熱、焊后緩冷等;而含碳量較低的碳鋼,焊接性相對較好,但也需要注意控制焊接參數,以焊接質量。
焊件厚度:焊件厚度越大,焊接時需要的熱量越多,焊接應力也越大,容易產生焊接缺陷。對于厚板焊接,通常需要采用多層多道焊,并注意控制層間溫度,以焊縫的質量。
焊件表面狀態:焊件表面的油污、鐵銹、水分等雜質會影響焊縫的質量。這些雜質在焊接過程中會分解產生氣體,導致焊縫中產生氣孔;同時,雜質還會影響焊縫金屬與焊件的熔合,降低焊接接頭的強度。
焊后處理
緩冷焊件:焊后可采取適當的緩冷措施,如用石棉布覆蓋焊縫,避免焊件急劇冷卻,使焊接應力得到充分釋放,降低裂紋產生的可能性。
及時進行后熱:對于一些易產生延遲裂紋的鋼材或焊接結構,焊后應及時進行后熱。后熱溫度一般為 200 - 350℃,保溫時間根據焊件厚度和焊接接頭的拘束度等因素確定,通常為 0.5 - 2 小時,以加速氫的逸出,防止氫致裂紋的產生。
消除焊接應力:對于重要的焊接結構,可采用熱處理等方法消除焊接殘余應力。例如,對焊件進行整體或局部的退火處理,加熱溫度一般在 550 - 650℃之間,保溫一定時間后隨爐冷卻,以改善焊縫和熱影響區的組織性能,提高焊接接頭的抗裂能力。
焊接環境因素
溫度:環境溫度過低,會使焊件冷卻速度過快,增加焊接應力,容易產生裂紋等缺陷。一般來說,當環境溫度低于 0℃時,需要對焊件進行預熱;環境溫度過高,會使焊條藥皮過早發紅、脫落,影響保護效果,同時也會使焊縫冷卻速度過慢,晶粒粗大。
濕度:環境濕度過大,會使空氣中的水分進入焊縫,增加焊縫中的氫含量,導致氣孔、裂紋等缺陷的產生。當相對濕度超過 90% 時,一般不宜進行焊接作業。
風速:在有風的環境中焊接,會使電弧不穩定,影響焊接質量。當風速超過一定限度時,會吹散保護氣體,使焊縫失去保護,容易產生氣孔、氧化等缺陷。一般規定,手工電弧焊時,風速大于 8m/s 就需要采取防風措施。
焊接環境溫度對碳鋼焊條的焊接質量有顯著影響,具體如下:
低溫環境的影響
產生淬硬組織:環境溫度過低時,焊接冷卻速度過快,焊縫及熱影響區易形成淬硬組織,如馬氏體。馬氏體硬度高、韌性差,使焊接接頭的脆性增加,裂紋敏感性增大。尤其對于含碳量較高或合金元素較多的碳鋼,這種現象更為明顯。
增大焊接應力:低溫下,焊件整體溫度較低,焊接過程中焊縫金屬與周圍母材的溫差更大。焊接后,焊縫收縮時受到低溫母材的約束,會產生較大的焊接應力。當應力超過材料的屈服強度時,就可能導致焊接接頭出現裂紋,特別是在焊縫的根部、收弧處等應力集中部位。
影響焊條性能:低溫會使焊條的藥皮變脆,在焊接過程中可能出現藥皮脫落的現象,影響藥皮對焊縫的保護作用和冶金反應效果。此外,低溫還會使焊條的引弧和穩弧性能變差,電弧穩定性降低,導致焊接過程不穩定,影響焊縫的成型和質量。
焊接過程控制
選擇合理焊接參數:根據焊件的厚度、焊接位置和焊條直徑等因素,選擇合適的焊接電流、電壓和焊接速度。焊接電流不宜過大,否則會導致焊縫過熱,晶粒粗大,增加裂紋傾向;焊接速度不宜過快,以免焊縫冷卻速度過快產生裂紋。例如,使用直徑 3.2mm 的焊條焊接時,平焊位置的焊接電流一般為 100 - 130A,焊接電壓為 20 - 25V,焊接速度控制在 30 - 50cm/min。
采用正確運條方法:根據焊縫的形狀和尺寸,選擇合適的運條方法,如直線形、鋸齒形、月牙形等。運條過程中要保持均勻的速度和穩定的電弧長度,避免出現斷弧、收弧過快等情況,焊縫金屬的良好熔合和成型。
控制層間溫度:多層多道焊時,要控制好層間溫度,使其不低于預熱溫度且不規定的上限溫度。例如,對于一般碳鋼焊件,層間溫度宜控制在 150 - 250℃之間,防止層間溫度過高導致焊縫組織過熱,或過低使焊接應力增大。