Unter Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt versteht man Kohlenstoffstahl mit w(C) von mehr als 0,6 %, der eine größere Tendenz zur Verhärtung aufweist als Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt und Martensit mit hohem Kohlenstoffgehalt bildet, der empfindlicher auf die Bildung von Kaltrissen reagiert.Gleichzeitig ist das in der Wärmeeinflusszone des Schweißens gebildete Martensitgefüge hart und spröde, was zu einer starken Abnahme der Plastizität und Zähigkeit der Verbindung führt.Daher ist die Schweißbarkeit von kohlenstoffreichem Stahl recht schlecht und es muss ein spezieller Schweißprozess 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. Wellen, große Zahnräder und Kupplungen.Um Stahl einzusparen und die Verarbeitungstechnik zu vereinfachen, werden diese Maschinenteile häufig mit Schweißkonstruktionen kombiniert.Das Schweißen von Bauteilen aus Kohlenstoffstahl kommt auch im Schwermaschinenbau vor.Bei der Formulierung des Schweißprozesses für Schweißkonstruktionen aus Kohlenstoffstahl sollten alle möglichen Schweißfehler umfassend analysiert und entsprechende Schweißprozessmaßnahmen ergriffen werden.
1. Schweißbarkeit von Kohlenstoffstahl
1.1 Schweißmethode
Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt wird hauptsächlich in Strukturen mit hoher Härte und hoher Verschleißfestigkeit verwendet. Daher sind die Hauptschweißmethoden Elektrodenlichtbogenschweißen, Hartlöten und Unterpulverschweißen.
1.2 Schweißmaterialien
Beim Schweißen von Kohlenstoffstahl ist im Allgemeinen nicht die gleiche Festigkeit zwischen der Verbindung und dem Grundmetall erforderlich.Für das Elektroden-Lichtbogenschweißen werden im Allgemeinen wasserstoffarme Elektroden mit starker Entschwefelungsfähigkeit, niedrigem diffundierbarem Wasserstoffgehalt des abgeschiedenen Metalls und guter Zähigkeit ausgewählt.Wenn die Festigkeit des Schweißguts und des Grundmetalls erforderlich ist, sollte eine wasserstoffarme Elektrode des entsprechenden Niveaus ausgewählt werden;Wenn die Festigkeit des Schweißguts und des Grundmetalls nicht erforderlich ist, sollte eine Elektrode mit niedrigem Wasserstoffgehalt mit einem Festigkeitsniveau ausgewählt werden, das unter dem des Grundmetalls liegt.Eine Elektrode mit einer höheren Festigkeit als das Grundmetall kann nicht ausgewählt werden.Wenn das Grundmetall beim Schweißen nicht vorgewärmt werden darf, können zur Vermeidung von Kaltrissen in der Wärmeeinflusszone Elektroden aus austenitischem Edelstahl verwendet werden, um eine Austenitstruktur mit guter Plastizität und starker Rissbeständigkeit zu erhalten.
1.3 Nutvorbereitung
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 darauf geachtet, die Nut und die Ölflecken zu reinigen Rost innerhalb von 20 mm auf beiden Seiten der Nut.
1.4 Vorheizen
Beim Schweißen mit Baustahlelektroden muss diese vor dem Schweißen vorgewärmt werden, und die Vorwärmtemperatur sollte auf 250 °C bis 350 °C geregelt werden.
1.5 Zwischenschichtverarbeitung
Beim mehrschichtigen Mehrlagenschweißen werden im ersten Durchgang Elektroden mit kleinem Durchmesser und Niederstromschweißen 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 den Wärmeofen gelegt und die Wärmekonservierung erfolgt bei 650 °C zum Spannungsarmglühen.
2. Schweißfehler von Kohlenstoffstahl und vorbeugende Maßnahmen
Aufgrund der hohen Verhärtungsneigung von Kohlenstoffstahl besteht die Gefahr, dass beim Schweißen Heißrisse und Kaltrisse auftreten.
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. Das Verhältnis von Breite zu Tiefe sollte etwas größer sein, um eine Entmischung in der Mitte der Schweißnaht zu vermeiden.
3) Für Schweißkonstruktionen mit hoher Steifigkeit 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 der Elektrode oder des Flussmittels, um den Verunreinigungsgehalt in der Schweißnaht zu verringern und den Entmischungsgrad zu verbessern.
2.2 Vorbeugende Maßnahmen bei Kaltrissen.
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 die geeigneten Schweißmaßnahmen aus.
3) Geeignete Montage- und Schweißsequenzen anwenden, um die Zwangsspannung von Schweißverbindungen zu reduzieren und den Spannungszustand von Schweißkonstruktionen zu verbessern.
3. Fazit
Aufgrund des hohen Kohlenstoffgehalts, der hohen Härtbarkeit und der schlechten Schweißbarkeit von Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt kann beim Schweißen leicht eine martensitische Struktur mit hohem Kohlenstoffgehalt erzeugt werden, und es können leicht Schweißrisse entstehen.Daher sollte 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: 18. Juli 2023