Unter kohlenstoffreichem Stahl versteht man Kohlenstoffstahl mit w(C) von mehr als 0,6 %.Es hat eine größere Tendenz zur Verhärtung als Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt und zur Bildung von Martensit mit hohem Kohlenstoffgehalt, der empfindlicher auf die Bildung von Kaltrissen reagiert.Gleichzeitig ist das in der Schweißwärmeeinflusszone gebildete Martensitgefüge hart und spröde, wodurch die Plastizität und Zähigkeit der Verbindung stark verringert werden.Daher ist die Schweißbarkeit von kohlenstoffreichem Stahl recht schlecht und es müssen spezielle Schweißverfahren angewendet werden, um die Leistung der Verbindung sicherzustellen..Daher wird es in Schweißkonstruktionen im Allgemeinen selten verwendet.Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt wird hauptsächlich für Maschinenteile verwendet, die eine hohe Härte und Verschleißfestigkeit erfordern, wie z. B. rotierende Wellen, große Zahnräder und Kupplungen [1].Um Stahl einzusparen und die Verarbeitungstechnik zu vereinfachen, werden diese Maschinenteile häufig mit Schweißkonstruktionen kombiniert.Im Schwermaschinenbau treten auch Schweißprobleme bei Komponenten aus Kohlenstoffstahl auf.Bei der Formulierung des Schweißprozesses für Schweißteile aus Kohlenstoffstahl sollten verschiedene mögliche Schweißfehler umfassend analysiert und entsprechende Schweißprozessmaßnahmen ergriffen werden.
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1 Schweißbarkeit von Kohlenstoffstahl
1.1 Schweißmethode
Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt wird hauptsächlich für Strukturen mit hoher Härte und hoher Verschleißfestigkeit verwendet. Daher sind die Hauptschweißmethoden Elektrodenlichtbogenschweißen, Hartlöten und Unterpulverschweißen.
1.2 Schweißmaterialien
Beim Schweißen von Kohlenstoffstählen ist im Allgemeinen keine gleiche Festigkeit zwischen der Verbindung und dem Grundmetall erforderlich.Beim Lichtbogenschweißen werden im Allgemeinen wasserstoffarme Elektroden mit starker Schwefelentfernungsfähigkeit, geringem diffundierbarem Wasserstoffgehalt im abgeschiedenen Metall und guter Zähigkeit verwendet.Wenn die Festigkeit des Schweißguts und des Grundwerkstoffs gleich sein muss, sollte ein wasserstoffarmer Schweißstab der entsprechenden Qualität ausgewählt werden;Wenn die Festigkeit des Schweißguts und des Grundwerkstoffs nicht erforderlich ist, sollte ein Schweißstab mit niedrigem Wasserstoffgehalt und einer geringeren Festigkeit als dem Grundwerkstoff gewählt werden.Bedenken Sie, dass Schweißstäbe mit einer höheren Festigkeit als das Grundmetall nicht ausgewählt werden können.Wenn das Grundmetall beim Schweißen nicht vorgewärmt werden darf, um Kaltrisse in der Wärmeeinflusszone zu verhindern, können austenitische Edelstahlelektroden verwendet werden, um eine austenitische Struktur mit guter Plastizität und starker Rissbeständigkeit zu erhalten.
1.3 Fasenvorbereitung
Um den Massenanteil von Kohlenstoff im Schweißgut zu begrenzen, sollte das Schmelzverhältnis reduziert werden. Daher werden beim Schweißen im Allgemeinen U- oder V-förmige Nuten verwendet, und es sollte darauf geachtet werden, die Nut und die Ölflecken zu reinigen. Rost usw. innerhalb von 20 mm auf beiden Seiten der Nut.
1.4 Vorheizen
Beim Schweißen mit Baustahlelektroden müssen diese vor dem Schweißen vorgewärmt werden, und die Vorwärmtemperatur wird zwischen 250 °C und 350 °C kontrolliert.
1.5 Zwischenschichtverarbeitung
Beim Schweißen mehrerer Lagen und mehrerer Durchgänge werden für den ersten Durchgang eine Elektrode mit kleinem Durchmesser und ein geringer Strom verwendet.Im Allgemeinen wird das Werkstück halbvertikal geschweißt oder der Schweißstab wird seitlich geschwenkt, so dass die gesamte Wärmeeinflusszone des Grundmetalls in kurzer Zeit erhitzt wird, um Vorwärm- und Wärmeerhaltungseffekte zu erzielen.
1.6 Wärmebehandlung nach dem Schweißen
Unmittelbar nach dem Schweißen wird das Werkstück in einen Wärmeofen gelegt und zum Spannungsarmglühen auf 650 °C gehalten [3].
2 Schweißfehler von Kohlenstoffstahl und vorbeugende Maßnahmen
Da kohlenstoffreicher Stahl stark zum Aushärten neigt, kann es beim Schweißen zu Heißrissen und Kaltrissen kommen.
2.1 Vorbeugende Maßnahmen bei thermischen Rissen
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 und erhöhen Sie das Verhältnis von Breite zu Tiefe etwas, um eine Entmischung in der Mitte der Schweißnaht zu vermeiden.
3) Für starre Schweißkonstruktionen sollten geeignete Schweißparameter sowie eine geeignete Schweißreihenfolge und -richtung ausgewählt werden.
4) Ergreifen Sie gegebenenfalls Vorwärm- und langsame Abkühlmaßnahmen, um das Auftreten von thermischen Rissen zu verhindern.
5) Erhöhen Sie die Alkalität des Schweißstabs oder Flussmittels, um den Verunreinigungsgehalt in der Schweißnaht zu verringern und den Entmischungsgrad zu verbessern.
2.2 Vorbeugende Maßnahmen bei Kaltrissen[4]
1) Vorwärmen vor dem Schweißen und langsames Abkühlen nach dem Schweißen können nicht nur die Härte und Sprödigkeit der Wärmeeinflusszone verringern, sondern auch die Auswärtsdiffusion von Wasserstoff in der Schweißnaht beschleunigen.
2) Wählen Sie geeignete Schweißmaßnahmen.
3) Geeignete Montage- und Schweißsequenzen anwenden, um die Zwangsspannung der Schweißverbindung zu reduzieren und den Spannungszustand der Schweißkonstruktion zu verbessern.
4) Wählen Sie geeignete Schweißmaterialien, trocknen Sie die Elektroden und das Flussmittel vor dem Schweißen und halten Sie sie einsatzbereit.
5) Vor dem Schweißen sollten Wasser, Rost und andere Verunreinigungen auf der Grundmetalloberfläche rund um die Nut sorgfältig entfernt werden, um den Gehalt an diffundierbarem Wasserstoff in der Schweißnaht zu reduzieren.
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 Spannungsarmglühbehandlung durchgeführt werden, um die Diffusion von Wasserstoff in der Schweißnaht nach außen zu fördern.
3 Fazit
Aufgrund des hohen Kohlenstoffgehalts, der hohen Härtbarkeit und der schlechten Schweißbarkeit von Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt können beim Schweißen leicht Martensitstrukturen mit hohem Kohlenstoffgehalt und Schweißrisse entstehen.Daher muss beim Schweißen von Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt das Schweißverfahren angemessen ausgewählt werden.Und ergreifen Sie rechtzeitig entsprechende Maßnahmen, um das Auftreten von Schweißrissen zu reduzieren und die Leistung von Schweißverbindungen zu verbessern.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 27. Mai 2024
