高炭素鋼とは、w(C)が0.6%を超える炭素鋼を指します。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を形成し、低温亀裂の形成がより起こりやすくなります。同時に、溶接の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ため、接合部の可塑性と靭性が大幅に低下します。したがって、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殊な溶接プロセスを採用する必要があります。。したがって、一般に溶接構造ではほとんど使用されません。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。鋼材の節約と加工技術の簡素化のため、これらの機械部品は溶接構造と組み合わされることがよくあります。高炭素鋼部品の溶接は、重機の製造現場でも行われます。高炭素鋼溶接物の溶接プロセスを策定する際には、発生する可能性のあるあらゆる種類の溶接欠陥を包括的に分析し、対応する溶接プロセス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、主な溶接方法として電極アーク溶接、ろう付け、サブマージアーク溶接が使用されます。
1.2 溶接材料
高炭素鋼の溶接では、一般に継手と母材の間に同じ強度は必要ありません。電極アーク溶接では、脱硫能力が高く、溶着金属の拡散性水素含有量が低く、靱性が良好な低水素電極が一般的に選択されます。溶接金属や母材の強度が必要な場合には、それに応じたレベルの低水素電極を選定する必要があります。溶接金属や母材の強度を必要としない場合には、母材より強度の低い低水素電極を選定してください。母材より強度の高い電極は選択できません。溶接中に母材を予熱できない場合、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の電極を使用すると、良好な塑性と強い耐割れ性を備えたオーステナイト組織が得られます。
1.3 溝の準備
溶接金属中の炭素の質量分率を抑えるためには溶融率を下げる必要があるため、溶接時には一般的にU字開先やV字開先が使用されますが、開先の清掃や油汚れの除去に注意が必要です。溝の両側に錆が20mm以内にあること。
1.4 予熱
構造用鋼の電極を使用して溶接する場合、溶接前に予熱する必要があり、予熱温度は 250°C ～ 350°C に制御する必要があります。
1.5 中間層処理
多層多パス溶接の場合、最初のパスは小径電極と低電流溶接を使用します。一般的には、ワークを半立設したり、溶接棒を横振りさせて溶接することにより、短時間で母材の熱影響部全体を加熱し、予熱と保温効果を得ることができます。
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℃で保温し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高いため、溶接時に高温割れや低温割れが発生しやすくなります。
2.1 サーマルクラックの予防対策
1) 溶接部の化学組成を管理し、硫黄とリンの含有量を厳密に管理し、マンガン含有量を適切に増加して溶接構造を改善し、偏析を低減します。
2) 溶接の断面形状を制御します。溶接の中心での偏析を避けるために、幅と深さの比をわずかに大きくする必要があります。
3) 剛性の高い溶接の場合は、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) 熱亀裂の発生を防ぐため、必要に応じて予熱、徐冷措置を講じてください。
5) 電極またはフラックスのアルカリ度を高め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 コールドクラックの予防対策
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を低下させるだけでなく、溶接部の水素の外方拡散を促進します。
2) 適切な溶接対策を選択します。
3) 適切な組立順序と溶接順序を採用して、溶接継手の拘束応力を軽減し、溶接部の応力状態を改善します。
3 .結論
高炭素鋼は炭素含有量が高く、焼入れ性が高く、溶接性が悪いため、溶接時に高炭素マルテンサイト組織が生成しやすく、溶接割れが発生しやすいです。したがって、高炭素鋼を溶接する場合は、溶接プロセスを合理的に選択する必要があります。そして、溶接亀裂の発生を減らし、溶接継手の性能を向上させるために、適切な措置を適時に講じてください。
投稿日時: 2023 年 7 月 18 日