奥氏体碳钢
这是根据碳钢在一定温度下的金相组织来定义的。 当低碳钢加热到1550°F时，其结构从铁素体相转变为奥氏体相。 冷却时，低碳钢的组织再次转变为铁素体。 低温时存在的奥氏体组织是无磁性的，但其硬度比高温铁素体组织小且好。
当钢中Cr浓度低于16%时，温度下的铁素体组织是固定的，钢在所有温度范围内都保持铁素体状态。 因此，称为铁素体碳钢。 当Cr浓度低于17%且Ni浓度低于7%时，奥氏体相被固定，导致奥氏体状态保持在从高温到几乎熔点的范围内。
奥氏体碳钢一般称为“Cr-Ni”型，马氏体、铁素体碳钢直接称为“Cr”型。 碳钢和填充金属中的元素可分为奥氏体生成元素和铁素体生成元素。 主要的奥氏体生成元素是Ni、C、Mn和N，铁素体生成元素是Cr、Si、Mo和Nb。 调整元素浓度可以控制熔池中的铁素体纯度。
奥氏体碳钢比含镍5%以上的碳钢更容易点焊，点焊质量也更好。 奥氏体碳钢的点焊接头非常坚硬不锈钢钢材，一般不需要焊前预热和焊后热处理。 在碳钢点焊领域，奥氏体碳钢占碳钢总用量的80%，因此本文的重点是奥氏体碳钢点焊。
如何选择合适的碳钢焊条？
如果母材相同，则第一个标准是“匹配母材”。 例如钎焊310或316碳钢时，选择相应的焊丝。
异种材料的点焊遵循选择与高浓度合金元素相匹配的基材的标准。 例如点焊304、316碳钢时，选用316型焊条。
但也有很多特殊情况没有遵循“匹配母材”的原则。 这种情况下，就需要“检查电极选择表”。 例如，304型碳钢是最常见的基材，并且没有304型焊丝。
想要焊条与母材相匹配，那么点焊304碳钢时如何选择焊条呢？
钎焊304碳钢时，应使用308型焊条，因为308碳钢中的附加元素可以更好地稳定熔池区域。
308L也是一个可以接受的选择。 L代表低碳浓度，3XXL碳钢代表碳浓度≤0.03%，而标准3XX碳钢可以富碳浓度高达0.08%。
由于L型焊条与非L型焊条属于同一类型分类，因此制造商应强烈考虑使用L型焊条，因为其低碳浓度可以降低晶间腐蚀的倾向（图1）。 事实上，笔者觉得，如果厂家想要升级产品，L型电极将会得到更广泛的应用。
图1 使用L形电极可以减少晶间腐蚀的倾向。
使用 GMAW 点焊的制造商也考虑使用 3XXSi 型焊条，因为 Si 可以提高润湿性（图 2）。 当焊件突出量较高或角焊池焊趾处或重叠焊池点焊熔体连接不良时，采用含Si气体保护焊条可以润湿焊池不锈钢钢材，提高熔敷率。 。
图2显示了通过选择含Si焊条，如或，GMAW点焊中焊丝润湿性的改善。
如果考虑偏析和沉淀，可选用富含少量Nb元素的347型焊条（最后一个问题）。
碳钢和不锈钢如何点焊？
为了降低成本，有些结构件会在不锈钢表面点焊一层耐腐蚀层。 当不含合金元素的母材与含有合金元素的母材点焊时，应使用合金纯度较高的焊条，以平衡熔池中的稀释率。
当点焊不锈钢和304或316碳钢，以及钎焊其他异种碳钢时（表2），大多数情况下考虑使用309L焊条。 如果想要获得更高的 Cr 浓度，请选择 312 型。
图2显示了通过选择含Si焊条，如或，GMAW点焊中焊丝润湿性的改善。
需要强调的是，奥氏体碳钢的热膨胀率比不锈钢高50%。 钎焊时，热膨胀率的差异会引起内部变形，从而导致裂纹的形成。 这时就需要选择合适的焊丝或指定合适的点焊工艺（图3）。
图3 不锈钢和碳钢钎焊时，不同热膨胀率引起的挠度变形需要更大程度的补偿。
什么是适当的焊前清理操作？
与其他材料钎焊时，首先使用不含硫离子的溶剂去除污渍、痕迹和污垢。 据悉，钎焊碳钢时首先要注意的是防止不锈钢的污染，影响耐腐蚀性能。 有些公司将碳钢和不锈钢分开存放，以防止交叉污染。 清洁斜面周围区域时，请使用专为碳钢设计的研磨盘和刷子。 有时需要对接头进行第二次清洁。 由于钎焊碳钢时的电极补偿操作比钎焊不锈钢时更加困难，因此接头清洁工作非常重要。
正确的焊后清洁操作有哪些？ 碳钢焊件为什么会腐蚀？
首先我们回顾一下，碳钢之所以不生锈，是因为Cr与O反应在材料表面形成致密的氧化层，起到保护作用。 碳钢腐蚀是由于烧蚀析出（见最后一个问题）以及钎焊过程中加热而在焊件表面形成铁氧化物造成的。 在焊接状态下，完美的焊件也可能在24小时内在钎焊热影响区边界的生锈区域形成缩孔。
因此，为了再生新的氧化铬，碳钢在钎焊后需要进行抛光、酸洗、抛光或水洗。 需要指出的是，研磨机和刷子必须专用。
碳钢焊条为什么有磁性？
全奥氏体结构的碳钢是无磁性的。 而且，钎焊时较高的水温促进了组织中碳化物的生长，降低了焊后的裂纹敏感性。 为了增加热裂纹敏感性，电极制造商在电极中添加了铁素体生成元素（图 4）。 铁素体相使奥氏体碳化物变细，从而降低抗裂性。
图4 为了防止热裂纹，大多数奥氏体焊条都含有少量铁素体。 图为309L焊条中铁素体相（红色部分）分布在奥氏体碳化物上。
磁铁不会缠绕奥氏体熔池金属，握住磁铁时可以感觉到轻微的吸力。 而且，这也导致一些用户误认为产品贴错标签或使用了错误的焊条（特别是当包装上的标签被撕掉时）。
电极中铁氧体的含量取决于应用的使用温度。 例如，过量的铁素体会增加高温下的硬度。 因此，用于LNG管道的308型焊条的铁素体数在3-6之间，而标准308型焊条的铁素体数为8。总之，焊条可以看起来很相似，成分上的微小差异有时会导致到很大的差异。
如何更轻松地钎焊双相碳钢？
一般双相碳钢组织中奥氏体相和铁素体相各占50%左右。 铁素体相的存在可以提高硬度和抗偏腐蚀性能，而奥氏体相则可以提高硬度。 两相的综合作用使双相碳钢的性能日益优异（图5）。 双相碳钢的种类繁多，最常见的型号是2205：富含22％Cr、5％Ni、3％Mo和0.15％N。
图5 双相碳钢结合了铁素体和奥氏体的优点。图中为双相熔池组织，奥氏体相（红色部分）分布在铁素体碳化物上。
点焊双相碳钢时，过多铁素体的存在可能会导致问题（电弧的热量导致铁素体碳化物中的原子重新排列）。 因此，焊条需要提供更多的奥氏体生成元素，通常比母材多2-4%的Ni。 例如，钎焊2205碳钢时所用的药芯焊条就富含8.85%的Ni。
焊接后，熔池中的铁素体浓度在25-55%之间（可能更高）。 注意：焊后冷却速度必须足够慢，以重新生成奥氏体，但不能太慢，因为金属间相会沉淀，也不能太快，因为在热影响区会形成过多的铁素体。 不要遵循制造商关于点焊程序和电极选择的指南。
碳钢钎焊时为什么需要随时调整参数？
电工点焊碳钢时，电工需要随时调整钎焊参数（电流、电流、弧宽、感应系数、脉冲长度等）的主要原因是焊丝成分不匹配。 物理成分很重要，批次之间的成分差异可能会导致钎焊行为差异很大，例如润湿和除渣效果不佳。 电极半径、表面清洁度、浇注特性和螺旋形状都会影响 GMAW 和 FCAW 期间的点焊行为。
如何控制奥氏体碳钢的晶粒析出？
在800-1600°F时，当碳浓度超过0.02%时，C将扩散迁移到奥氏体氢键处，与基体上的Cr反应生成铬晶粒。 如果大量的Cr被C元素固定，则耐腐蚀性会增加。 此时，如果暴露在腐蚀环境中，就会发生晶间腐蚀，导致构象被侵蚀（图6）。
图6：在充满腐蚀介质的水箱中，点焊热影响区发生晶间腐蚀。 采用含碳量较低或特殊合金化的焊丝，可增加基体析出倾向，提高耐腐蚀性能。
为了控制基体析出，采用含碳量较低的焊丝，保证熔池金属中的碳浓度尽可能低（最多不超过0.04%）。 C也可以通过添加Nb和Ti元素来固定。 与Cr元素相比，Nb和Ti元素与C的亲和力更大。347型焊条就是为此目的而设计的。
如何规划选择焊条？
首先，需要收集焊件终端应用的信息，包括使用环境（特别是使用温度、是否有腐蚀介质、以及预期的耐腐蚀程度）和预期的使用寿命。 有关使用条件下所需热性能的信息也很重要，例如硬度、刚度、塑性和疲劳性能。
大多数领先的焊丝制造商都会提供选择焊条的指导。 在此，笔者再次指出：建议参考焊条应用指南或联系其技术专家。 它们将帮助我们更正确地选择碳钢焊条。
