高炭素鋼とは、炭素鋼の w (C) が 0.6% を超えることを指します。これは、中炭素鋼よりも硬化する傾向が大きく、高炭素マルテンサイトが形成され、低温亀裂の形成がより起こりやすくなります。
同時に、溶接熱影響部に形成されるマルテンサイト組織は硬くて脆い性質を持ち、その結果、継手の塑性と靭性が大幅に低下するため、高炭素鋼の溶接性は非常に悪く、継手の性能を確保するには特別な溶接プロセスが必要です。
したがって、溶接構造では一般に使用されることはほとんどありません。高炭素鋼は主にシャフトや大型歯車、カップリングなど、高い硬度と耐摩耗性が要求される機械部品に使用されます。
鋼材を節約し、機械加工プロセスを簡素化するために、これらの機械部品は溶接構造で組み合わされることもよくあります。重機の製造では、高炭素鋼部品の溶接も行われます。
高炭素鋼溶接物の溶接プロセスを開発するときは、発生する可能性のあるさまざまな溶接欠陥の包括的な分析と、それに対応する溶接プロセスの対策を講じる必要があります。
1 高炭素鋼の溶接性
1.1 溶接方法
高炭素鋼は主に高硬度で耐摩耗性の高い構造物に使用されるため、溶接方法としては電極アーク溶接、ロウ付け、サブマージアーク溶接が主に行われます。
1.2 溶接材料
高炭素鋼の溶接は一般に継手や母材の強度を必要としません。溶接電極アーク溶接は、硫黄分を除去するために一般的に使用され、溶着金属の拡散の水素含有量が低く、低水素タイプの溶接棒の靭性が良好です。溶接金属と母材およびその他の強度の要件に応じて、対応するレベルの低水素電極を使用する必要があります。溶接金属と母材およびその他の強度において、強度レベルは母材の低水素電極よりも低く使用する必要があります。母材の高電極よりも強度レベルを選択しないように注意してください。溶接時に母材を予熱できない場合は、熱影響部の低温割れを防ぐために、オーステナイト系ステンレス鋼溶接棒を使用すると、良好な塑性と耐割れ性のオーステナイト組織が得られます。
1.3 ベベルの準備
溶接金属中の炭素の質量分率を制限するには、溶融率を下げる必要があるため、溶接の際は一般にU字またはV字形のベベルを使用し、ベベルと20mmの範囲の両側のベベルに注意を払い、油、錆、その他の処理をきれいにします。
1.4 予熱
形鋼の電極溶接は、溶接前に予熱する必要があり、予熱温度は250℃〜350℃に制御します。
1.5 中間層処理
多層多チャンネル溶接、小径溶接棒を使用した初の溶接、小電流溶接。通常、母材の熱影響部全体を短時間で加熱し、予熱と絶縁効果を得るために、ワークを半立位溶接または溶接棒の横振りを使用して溶接します。
1.6 溶接後の熱処理
溶接直後にワークを加熱炉に入れ、650℃に保持して歪取焼鈍を行います。
2 高炭素鋼の溶接欠陥とその防止策
高炭素鋼は硬化傾向が非常に大きいため、溶接では高温割れや低温割れが発生しやすくなります。
2.1 熱割れの予防対策
(1) 溶接部の化学組成を制御し、硫黄とリンの含有量を厳密に制御し、マンガンの量を適切に増加して溶接組織を改善し、偏析を低減します。
2) 溶接部の形状を制御します。溶接中心のずれを避けるために、幅と深さの比率をわずかに大きくする必要があります。
(3) 剛性溶接部品の場合は、適切な溶接パラメータ、適切な溶接順序および方向を選択する必要があります。
4) 熱亀裂の発生を防止するため、必要に応じて予熱、徐冷措置を講じます。
(5) 電極またはフラックスのアルカリ度を改善して溶接部の不純物含有量を減らし、偏析の程度を改善します。
2.2 低温割れ防止対策
1) 溶接前の予熱と溶接後の徐冷により、熱影響部の硬さと脆性が低下するだけでなく、溶接部の水素の外方拡散が促進されます。
2) 適切な溶接手段を選択する。
3）溶接継手の拘束応力を低減し、溶接部の応力状態を改善するために、適切な組立と溶接順序を採用します。
4) 適切な溶接材料を選択し、溶接前に溶接棒とフラックスを乾燥させ、すぐに使用できるようにします。
5) 溶接前に、ベベル周囲の母材表面の水分、錆、その他の汚れを注意深く除去し、溶接部への拡散水素の含有量を減らしてください。
6) 溶接直前に水素処理を実施し、溶接部から水素を十分に逃がしてください。
7）溶接シーム内の水素の外部への拡散を促進するために、溶接直後に応力除去のための焼鈍処理を行う必要があります。
