Kohlenstoffstahl ist Kohlenstoffstahl mit einem w(C)-Gehalt von mehr als 0,6 %, der stärker zum Aushärten neigt als mittelkohlenstoffhaltiger Stahl und kohlenstoffhaltigen Martensit bildet, der anfälliger für die Bildung von Kaltrissen ist. Gleichzeitig ist die in der Schweißwärmeeinflusszone gebildete Martensitstruktur hart und spröde, was zu einer starken Abnahme der Plastizität und Zähigkeit der Verbindung führt. Daher ist die Schweißbarkeit von Kohlenstoffstahl ziemlich schlecht, und es müssen spezielle Schweißverfahren angewendet werden, um die Leistung der Verbindung sicherzustellen. Daher wird er in Schweißkonstruktionen im Allgemeinen selten verwendet. Kohlenstoffstahl wird hauptsächlich für Maschinenteile verwendet, die eine hohe Härte und Verschleißfestigkeit erfordern, wie Wellen, große Zahnräder und Kupplungen [1]. Um Stahl zu sparen und den Verarbeitungsprozess zu vereinfachen, werden diese Maschinenteile häufig mit Schweißkonstruktionen kombiniert. Schweißprobleme bei Komponenten aus Kohlenstoffstahl treten auch im Schwermaschinenbau auf. Bei der Formulierung des Schweißprozesses von Schweißkonstruktionen aus Kohlenstoffstahl sollten verschiedene Schweißfehler, die auftreten können, umfassend analysiert und entsprechende Maßnahmen im Schweißprozess ergriffen werden.
1 Schweißbarkeit von Kohlenstoffstahl
1.1 Schweißverfahren
Kohlenstoffstahl wird hauptsächlich für Strukturen mit hoher Härte und hoher Verschleißfestigkeit verwendet, daher sind die wichtigsten Schweißverfahren Elektrodenlichtbogenschweißen, Löten und Unterpulverschweißen.
1.2 Schweißmaterialien
Beim Schweißen von kohlenstoffreichem Stahl ist die Festigkeit der Verbindung und des Grundmetalls im Allgemeinen nicht erforderlich. Beim Elektrodenlichtbogenschweißen werden im Allgemeinen wasserstoffarme Elektroden mit starker Entschwefelungsfähigkeit, geringem Gehalt an diffusiblem Wasserstoff im abgeschiedenen Metall und guter Zähigkeit verwendet. Wenn die Festigkeit des Schweißmetalls und des Grundmetalls erforderlich ist, sollte die wasserstoffarme Elektrode des entsprechenden Niveaus ausgewählt werden; wenn die Festigkeit des Schweißmetalls und des Grundmetalls nicht erforderlich ist, sollte die wasserstoffarme Elektrode mit einem niedrigeren Festigkeitsniveau als das Grundmetall ausgewählt werden. Schweißelektroden mit einer höheren Festigkeitsklasse als das Grundmetall können nicht ausgewählt werden. Wenn das Grundmetall während des Schweißens nicht vorgewärmt werden darf, können zur Vermeidung von Kaltrissen in der Wärmeeinflusszone Elektroden aus austenitischem Edelstahl verwendet werden, um austenitische Strukturen mit guter Plastizität und starker Rissbeständigkeit zu erhalten.
1.3 Nutvorbereitung
Um den Massenanteil von Kohlenstoff im Schweißgut zu begrenzen, muss das Schmelzverhältnis reduziert werden. Daher werden beim Schweißen im Allgemeinen U- oder V-förmige Nuten verwendet. Dabei ist auf die Reinigung der Nut sowie auf Ölflecken und Rost im Umkreis von 20 mm auf beiden Seiten der Nut zu achten.
1.4 Vorwärmen
Wenn Sie zum Schweißen Baustahlelektroden verwenden, müssen diese vor dem Schweißen vorgewärmt werden und die Vorwärmtemperatur sollte auf 250 bis 350 Grad geregelt werden.
1.5 Zwischenschichtverarbeitung
Beim mehrschichtigen Mehrlagenschweißen werden im ersten Durchgang Elektroden mit kleinem Durchmesser und Schwachstromschweißen verwendet. Im Allgemeinen wird das Werkstück beim halbvertikalen Schweißen platziert oder der Schweißstab wird seitlich geschwenkt, sodass die gesamte Wärmeeinflusszone des Grundmetalls in kurzer Zeit erhitzt wird, um den Effekt des Vorwärmens und der Wärmeerhaltung zu erzielen.
1.6 Wärmebehandlung nach dem Schweißen
Legen Sie das Werkstück unmittelbar nach dem Schweißen in den Heizofen und halten Sie es zum Spannungsentlastungsglühen bei 650 Grad.
2 Schweißfehler bei Kohlenstoffstahl und vorbeugende Maßnahmen
Aufgrund der hohen Verhärtungsneigung von Kohlenstoffstahl kommt es beim Schweißen leicht zu Heiß- und Kaltrissen.
2.1 Vorbeugende Maßnahmen gegen thermische Risse
1) Kontrollieren Sie die chemische Zusammensetzung der Schweißnaht, kontrollieren Sie streng den Schwefel- und Phosphorgehalt und erhöhen Sie den Mangangehalt entsprechend, um die Schweißstruktur zu verbessern und die Entmischung zu verringern.
2) Kontrollieren Sie die Querschnittsform der Schweißnaht. Das Breite-Tiefe-Verhältnis sollte etwas größer sein, um eine Entmischung in der Mitte der Schweißnaht zu vermeiden.
3) Zum Schweißen von Teilen mit hoher Steifigkeit sollten geeignete Schweißparameter sowie eine geeignete Schweißreihenfolge und -richtung ausgewählt werden.
4) Treffen Sie bei Bedarf Vorwärm- und langsame Abkühlmaßnahmen, um das Auftreten von Heißrissen zu verhindern.
5) Erhöhen Sie die Basizität der Elektrode oder des Flussmittels, um den Verunreinigungsgehalt in der Schweißnaht zu verringern und den Entmischungsgrad zu verbessern.
2.2 Vorbeugende Maßnahmen gegen Kaltrisse
1) Vorwärmen vor dem Schweißen und langsames Abkühlen nach dem Schweißen können nicht nur die Härte und Sprödigkeit der Wärmeeinflusszone verringern, sondern auch die Ausdiffusion von Wasserstoff in der Schweißnaht beschleunigen.
2) Wählen Sie geeignete Schweißmaßnahmen.
3) Verwenden Sie die entsprechende Montage- und Schweißreihenfolge, um die Zwangsspannung der Schweißverbindung zu verringern und den Spannungszustand der Schweißkonstruktion zu verbessern.
4) Wählen Sie geeignete Schweißmaterialien, trocknen Sie die Elektroden und Flussmittel vor dem Schweißen und verwenden Sie sie nach Bedarf.
5) Vor dem Schweißen sollten Wasser, Rost und andere Verunreinigungen auf der Oberfläche des Grundmetalls rund um die Nut sorgfältig entfernt werden, um den Gehalt an diffusiblem Wasserstoff in der Schweißnaht zu verringern.
6) Unmittelbar vor dem Schweißen sollte eine Dehydrierungsbehandlung durchgeführt werden, damit der Wasserstoff vollständig aus der Schweißverbindung entweichen kann.
7) Unmittelbar nach dem Schweißen sollte eine Spannungsarmglühung durchgeführt werden, um die Ausdiffusion von Wasserstoff in der Schweißnaht zu fördern.
3. Schlussfolgerung
Aufgrund des hohen Kohlenstoffgehalts, der hohen Härtbarkeit und der schlechten Schweißbarkeit von Kohlenstoffstahl kann beim Schweißen leicht eine kohlenstoffreiche martensitische Struktur entstehen und es können leicht Schweißrisse entstehen. Daher sollte beim Schweißen von Kohlenstoffstahl ein geeignetes Schweißverfahren gewählt werden. Und ergreifen Sie rechtzeitig entsprechende Maßnahmen, um das Auftreten von Schweißrissen zu verringern und die Leistung der Schweißverbindungen zu verbessern.
