高炭素鋼とは、鋼材中の炭素含有量が0.6%を超える鋼を指し、回転軸、歯車、軸受、カップリングなど、高い硬度と耐摩耗性が求められる機械部品に主に使用されます。中炭素鋼よりも硬化傾向が強く、高炭素マルテンサイトを形成するため、冷間割れが発生しやすいという特徴があります。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高い焼入れ性を持つため、接合部の塑性や靭性が低下し、溶接性も悪くなります。そのため、接合部の性能を確保するには、特別な溶接技術を採用する必要があります。高炭素鋼溶接部品の溶接工程においては、起こりうるすべての溶接欠陥を十分に考慮し、それに応じた溶接工程を採用する必要があります。
高炭素鋼の溶接プロセス
例えば1084鋼を考えてみましょう。溶接方法：高炭素鋼は、高い硬度と高い耐摩耗性が求められる構造用途に主に使用されます。アーク溶接、ろう付け溶接、サブマージアーク溶接が主な溶接方法です。
溶接材料：高炭素鋼の溶接は、通常、接合部と母材の強度を必要としません。 電極アーク溶接は、一般に、硫黄を除去する強力な能力、堆積した金属拡散の低水素含有量、低水素電極の良好な靭性を有するために使用され、強度レベルは母材電極よりも高い。 溶接金属と母材の強度が必要な場合は、対応する低水素電極を選択する必要があります。
溶接中に母材を予熱できない場合は、熱影響部でのコールドクラックを防ぐために、オーステナイト系ステンレス鋼電極を選択して、優れた可塑性と強力な亀裂防止オーステナイト組織を得ることができます。
溝：溶接金属の炭素含有量を制限するには、溶融比を下げる必要があります。 U字型またはV字型の溝が一般的に採用されており、溝と溝の両側の20mmの範囲の油と錆が洗浄されます。
予熱：構造用鋼電極は溶接前に予熱する必要があり、予熱温度は250℃〜350℃に制御されます。
層間処理：多層マルチパス溶接、小径電極を使用した最初の溶接、小電流溶接。 一般に、ワークピースは半垂直溶接または溶接棒の横方向スイングを使用して配置されるため、母材の熱影響部全体が短時間で加熱され、予熱と絶縁効果が得られます。
溶接後熱処理：溶接後すぐに加熱炉に入れ、650℃での保温・応力除去焼鈍を行います。
高炭素鋼は硬化する傾向が強く、溶接時に高温割れや低温割れが発生しやすくなります。 熱分解をどのように防ぎますか？
1）溶接部の化学組成を制御します。 硫黄とリンの含有量を厳密に制御し、マンガンの含有量を適切に増やして、溶接の微細構造を改善し、偏析を減らします。
2）溶接部の形状を制御します。溶接中心での偏析を避けるために、幅と深さの比率を少し大きくする必要があります。
3）剛性の高い溶接部品の場合、適切な溶接パラメータ、溶接順序、および方向を選択する必要があります。
4）高温亀裂の発生を防ぐために、必要に応じて予熱および徐冷対策を講じる必要があります。
5）溶接電極またはフラックスの塩基度を改善して、溶接中の不純物の含有量を減らし、偏析の程度を改善します。
高炭素鋼のコールドクラックを防ぐ方法は？
1）溶接前の予熱と溶接後の徐冷は、熱影響部の硬度と脆性を低下させるだけでなく、溶接部での水素拡散を促進します。
2）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、適切な溶接方法、組み立て、および溶接シーケンスを選択します。
3）適切な溶接材料を選択し、溶接前に電極とフラックスを乾燥させ、自由に使用します。
4）溶接前に、溶接部の拡散水素の含有量を減らすために、溝の周りの母材の表面の水、錆、およびその他の不純物を注意深く除去する必要があります。
5）溶接部内の水素の外方拡散を促進するために、溶接直後に応力除去焼鈍処理を実行する必要があります。
