冷焊技术焊接碳钢的工艺探究

冷焊技术焊接碳钢的工艺探究

于海

中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东 青岛 266000

摘要：冷焊技术是一种非常有效的碳钢焊接工艺，非常适合薄板焊接和轻材料焊接。造船和汽车制造涉及到很多轻材料和薄板材料。该技术的应用对造船和汽车制造业具有重要意义。与热焊技术相比，冷焊技术具有变形小、金属飞溅小、气孔少等突出优点。冷焊工艺是一种热输入少的焊接工艺，因此冷焊过程中不存在碳钢熔化飞溅，由于热输入低，具有变形小的特点。我国碳钢冷焊工艺的设计和控制还有很大的空间。

关键词：冷焊；焊接；碳钢

引言

我国工业化进入非常关键的时期，世界范围内不断研究使用新材料、新技术，各工业行业也在步入高速发展产业变革的时期，冷焊焊接技术的研究和应用是保证我国发展的重要环节。

1冷焊技术的工艺特点

冷焊技术也称为低热量输入焊接技术，与热焊技术不同。近年来，制造业和工业已转向提高质量、强度和复原力，冷焊技术为工业和制造业迅速发展的生产力和生产力提供了强有力的技术支持。今天，新型碳钢从产品的质量和尺寸转变为轻钢，新型碳钢进入各行业，企业和大学比往年更加重视新型碳钢的材料研究和生产质量，以及这些碳钢的结构构件的厚度和质量逐渐减小，而且这些碳钢的热变形很容易通过常规焊接方法得到，因此热焊接技术对碳钢的焊接强度和焊接组织性能造成了问题，如果冷焊技术可防止热射引起的热变形和热应力，使碳钢在焊接过程中以室温运行，焊接质量高，焊接强度可得到保证，特别是在薄壁碳钢焊接过程中。

2焊接中遇到的问题

(1)熔点差。不锈钢的熔点与碳钢的熔点不同，如果两个熔点在焊接过程中差别很大，金属熔点较低，合金元素蒸发和燃烧程度较高，则可能导致焊接性能下降必须控制并避免此问题，否则最终结果为不合格焊缝。(2)导热系数和相对热容差差。导热性和金属比热是影响现代工业焊接技术、焊接材料合并和焊接固化的重要因素。不锈钢的导热系数约为碳钢导热系数的三分之一，差别很大，可能导致两种金属材料的熔炼时间不均匀、金属集成差、对工业生产中焊接工艺的影响以及最终焊接性能差。(3)线性膨胀系数之差。不锈钢和碳钢线材的延伸率不同，这种不同的性能可能导致焊接连接后两种金属冷却后反应焊缝的收缩不同，且连接处可能出现高应力状态，这种状态不利于焊接电磁差。

3碳钢冷焊接技术

（1）碳钢薄壁件。工业的发展使得人们对碳钢的需求逐渐增加，在现代化企业的生产过程中，碳钢已经应用到每一个角落，碳钢容器的制造和生产、机械加工领域以及食品机械加工领域的碳钢材料以及钢管的制造行业都需要大量的碳钢的薄壁件，直接生产出复杂结构的碳钢薄壁件一方面受制于技术的局限性，另一方面也受到成本的制约，因此焊接工艺的选取决定了碳钢薄壁件的最终成形。碳钢薄壁件在焊接时就遇到了控制热变形、焊接工艺导致颜色改变以及焊接效率无法提高的问题，从这些问题的根源中可以看出，几种问题都和热输入量有关，降低焊接过程中的热输入量将有效地改善上述问题。实验表明，冷焊接过程可以显著改善碳钢薄壁件的焊接热变形量，保持焊接前后的颜色，提高焊接效率。（2）带镀层的碳钢薄板。碳钢的生锈现象会引起碳钢表面被腐蚀，进而严重影响碳钢薄板的外观，甚至影响碳钢薄板的力学性能，因此在对碳钢进行保护时往往渗入一层铝或者渗入一层锌来防锈蚀，还有些碳钢薄板采用磁控溅射或者电弧镀的方式向碳钢薄板上镀一层薄膜，那么当这些带有镀层的碳钢薄板需要进行焊接时则需要谨慎的选择焊接工艺。在焊接带镀层的碳钢薄板时最关键的环节就是保护碳钢薄板的镀层，常用的热焊接工艺极易破坏镀层，因热焊接工艺的焊接过程热输入量大会提高碳钢薄板的表层温度，当温度升高到一定值时碳钢薄板表面的锌就会开始蒸发，这种锌的焊接氧化和蒸发现象会导致碳钢薄板焊接过程中产生气孔，导致熔合度变差并且有可能产生裂纹。减少热输入量的焊接技术可以满足带镀层的碳钢薄板焊接工艺要求，在保持较高的焊接质量的同时可以尽量降低碳钢薄板镀层的破坏。

4焊接工艺

4.1焊接材料选择

进行异种钢焊接的环节，采用适当的焊接材料是其中的关键。焊接接头化学组成主要由填充金属提供，比如，将不锈钢与碳钢进行焊接，要充分考虑二者的组织结构、化学作用和应力的散布、碳的分散等因素的作用，尤其要关注焊丝、焊条等填充物的选用，可以采用不锈钢焊材。

4.2焊前预热

焊预热通常采用远红外加热法，工艺控制方面，要尽量控制热影响区宽度，且温度差不得超过20℃，以免出现裂纹。预热所使用的热处理设备要求其温控仪具备环境温度自动补偿功能，加热时加热器的宽度、均温区、厚度及保温层宽度等均要与工艺要求相符。理论上氩弧焊打底要求预热温度为150℃，不过在实际操作过程中为了提高与手工焊接预热温度衔接的紧密性、减少停工次数，可适当将打底温度提高至200℃，层间温度控制在205~300℃范围内，且预热温度达到205℃后要对层间温度进行不定期测量，一旦超过270℃则立即停止施焊，等待温度降至210℃时再继续操作。

4.3焊接操作方法

工业中采用的焊接操作方法，总体上可以分为，一是采用手工弧焊方式，二是选择比较小的热输入，小的焊接电流，采取比较快的焊接速度，电流和速度要控制在合理范围，不引起工业失误，三是采用短弧焊，焊接时电弧要偏向碳钢材料方向，保障两侧金属材料受热均匀一致，确保两边受热一致，不出现问题，四是设备需要进行多层焊接时，要先确保前一层焊缝温度冷却至200-300度，然后在进行下一道焊缝处理。

结束语

从冷弧焊工作原理的角度来看，仍有许多关键技术有待突破，其系统设备复杂、成本昂贵、难以复制，对丝绸流通控制重视不够。总之，由于冷焊工艺复杂，技术还没有成熟，需要解决的关键技术如下。(1)精确可靠的波形协调控制技术，保证熔炼过渡期间电流为零。(2)稳定兼容的导线传输方法。为了应对焊枪上的泵送容易导致焊丝断裂的缺点，有必要开发一种能够长期稳定可靠地工作并且能够兼容所有焊丝尺寸的输送机。(3)对于目前冷焊输送机结构复杂、兼容性差、价格昂贵等缺点，有必要开发效率更高、成本更低、兼容性更好的输送机。

参考文献

[1]赵喜平,唐元生,张桂红,路滨,张胜男.不同焊接顺序对不锈钢复合管焊接接头性能影响[J].石油化工设备技术,2019,40(06):22-27+7.

[2]张兴,刘助新,王金鹏,曹媛.激光焊接在电力机车上的应用研究[J].技术与市场,2019,26(10):25-27.

[3]吕磊,刘扬.P91/P92钢焊接接头超声波检测方法研究[J].内燃机与配件,2019(18):113-115.

[4]宋丽平,张保林.不锈钢与碳钢复合管焊后鼓包的控制[J].焊接技术,2019,48(05):113-115.