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CWE-Blog#089 - 焊接業最為常見的「碳鋼」,你又有幾了解?

碳鋼(Carbon Steel)是製造工業中使用最廣泛的金屬。



  • 碳鋼(carbon steel)是一類含碳量高於0.02%低於2%(高於2%的被稱為鑄鐵,低於0.02%被稱熟鐵),而極少其他元素的鋼材,也是產量最高的金屬材料,相對有較高其他成分(不包括雜質)的鋼稱合金鋼


  • 它通常使用在需要強度、硬度和耐磨性的金屬零件上,如切削工具、鋼纜、鋼琴線、彈簧和刀具等,在加工形成後,零件通常需要再經過處理並回火。鋼含碳量越高,其加熱處理後的硬度、強度和耐磨性也就越高。 碳鋼分為高碳鋼中碳鋼低碳鋼,這三種碳鋼又各分為兩種;依照特性,高碳鋼質硬且脆、低碳鋼質軟且耐延展。


  • 本文討論了一些關於如何焊接碳鋼的實用建議。重點是低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼的焊接。該建議對焊工和焊接工程師同樣有用。


1. 焊接低碳鋼

含碳量0.02%~0.3%稱為低碳鋼。低碳鋼是回火時間短之碳鋼,質軟、耐衝壓及可延展,主用途為製造鋼筋、耐衝壓機件、特殊鋼材等。


可分為:

  • 普通低碳鋼: 主用途為製造鋼筋、鑄材、建築用鋼材、鋼板等。

  • 超低低碳鋼: 主用途為耐衝壓機件、飛機鋼構等。


碳鋼用金屬弧焊工藝焊接時,電極可以是覆蓋電極類型或裸電極。裸電極帶有一層薄銅塗層,可防止電極在儲存過程中生鏽。


這些填充金屬的碳含量保持在較低水平(介於 0.10 到 0.14 之間),因為使用高碳棒焊接會使焊縫容易出現冷裂紋。焊條是一種高度通用的焊接方法,可用於在任何位置焊接任何成分。





2. 焊接中碳鋼

對於中碳鋼焊接,底板的邊緣準備和裝配與低碳鋼相似。焊接中碳鋼時,應牢記以下幾條準則。含碳量0.3%~0.6%稱為中碳鋼。


中碳鋼是指回火時間較高碳鋼為短、含碳量適中,性質介於高碳鋼與低碳鋼之間的鋼材,主用途是製造不鏽鋼。

可分為:

  • 高含碳中碳鋼: 主用途是製造一般機械外殼等需高壓耐磨的母材。

  • 低含碳中碳鋼: 主用途為鑄造不鏽鋼。


控制熱量輸入

中碳鋼也用低碳含量的焊條焊接。焊接時,應避免熔融金屬過熱。火焰及電弧的熱量應該指向已經沉積的珠子而不是基底金屬側壁。


這防止了焊縫金屬被母材金屬稀釋,從而防止了碳從母材金屬流入焊縫金屬。焊接金屬中需要較少的碳,以防止與開裂相關的問題。更多的碳使結構變硬、變脆,因此更容易開裂。


將熱量引導到先前沉積的焊珠上有助於避免賤金屬熔化。填充棒熔化產生的熔融金屬被沖到側壁上,在沒有太多稀釋的情況下與側壁熔合。為了產生較少的稀釋,焊道應該是小尺寸的,並且應該是縱樑式的。焊接熔池的尺寸應該很小。


在較厚的部分,頂層(尤其是中間的通道)也可以用編織珠沉積。編織運動的寬度不應超過電極直徑的三倍。




3. 焊接高碳鋼

含碳量0.6%~2%稱為高碳鋼。高碳鋼是指回火時間較長、含碳量高的鋼材,主用途為一般軸承、刀具、鐵軌、鋼框模(用以將鋼材塑型)和鋼門等。


可分為:

  • 超高含碳高碳鋼: 比高碳鋼回火時間略久的鋼材,主用途為一般建築用鋼磚。

  • 低高碳鋼: 比高碳鋼回火時間略短(不是中碳鋼)的鋼材,主要用來製造金屬管。

在焊接高碳鋼時,對電弧及火焰熱量的良好控制仍然更為重要。應調整熱輸入以避免焊縫金屬從側壁過度稀釋,同時還要確保與側壁的充分熔合和足夠的根部熔深。與中碳鋼和低碳鋼相比,高碳鋼中的縱梁變得更加重要。


水坑尺寸應保持較小。這是因為側壁附近較大的水坑會從側壁吸引更多的稀釋。這導致更多的碳從基體金屬流入焊接金屬。從母材中吸收的碳使焊縫變硬變脆,因此容易出現凝固裂紋。這就是為什麼焊工的目標應該是獲得一個狹窄的熔合區,以便最大限度地減少母材的稀釋。


對於高碳鋼,邊緣準備、預熱、道間清潔、用於變形控制的焊道排序的其餘指南也保持不變。有時,高碳鋼零件通過加熱到紅熱狀態然後緩慢冷卻(退火)來“軟化”。這使得金屬易於焊接和機加工。然後可以使用低碳電極焊接該零件。


在必要的製造之後,對零件進行另一次適當的熱處理以恢復其原始性能。當需要通過建立 由高碳鋼製成的零件的磨損表面進行修復時,特別使用此程序。然後用中碳或高強度焊條焊接或 堆焊,焊後進行熱處理 以恢復其原有性能。


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