在焊接工程领域，碳当量（Carbon Equivalent，CE）是衡量钢材可焊性（Weldability）的核心指标之一。当碳当量较高时，钢材在焊接后容易产生冷裂纹、脆硬组织和残余应力集中等问题，显著增加焊接风险。本文将深入剖析高碳当量钢材焊接后的常见问题，从组织转变机理、TTT/CCT 转变曲线、热处理措施等角度出发，系统介绍应对策略，帮助工程技术人员更好地理解与控制高碳当量钢的焊接质量。
碳当量用于量化钢中多种合金元素的综合淬硬倾向，以折算为等效的“碳含量”。最常用碳当量公式( IIW)如下：
其中所有元素均按质量分数（wt.%）代入。碳当量越高，钢的淬硬倾向越强、焊接裂纹敏感性越高，焊后产生硬脆组织的可能性也越大。
CE ≤ 0.40 → 焊接性良好
0.40 < CE ≤ 0.60 → 焊接性中等
CE > 0.60 → 焊接性差，焊接裂纹风险高
高碳当量钢材焊后比较容易出现以下几类质量问题：冷裂纹（氢致裂纹）敏感性高，容易形成淬硬组织，残余应力大。
高碳当量钢中含有较多的碳和合金元素，降低奥氏体→珠光体的转变起始温度，延缓扩散型转变。在相同冷却速度下，钢材中的奥氏体不来得及扩散转变为珠光体/贝氏体，直接转为马氏体。马氏体是无扩散、剪切型转变生成的过饱和固溶体，内部位错密度极高，硬度高但脆性大。马氏体在形成时体积膨胀，产生内应力，焊缝热影响区，在高残余应力场中极易裂开。焊接金属在高温下可溶解大量氢，冷却后溶解度急剧降低。高硬度马氏体组织中氢的扩散能力低，氢被困在位错、晶界等位置形成高压 ，进一步加剧焊后裂纹的产生。
TTT图-全称“时间-温度-转变”图，也叫“等温转变图”。它是在恒温条件下，记录奥氏体在不同温度保持一定时间后开始和完成转变的时间。CCT图-全称“连续冷却转变”图，是在更贴近实际的条件下，把从奥氏体化温度以不同冷却速率连续冷却时的相变起止温度和生成组织记录下来。
针对上述机理，可通过控制冷却速度，促进扩散型转变、降低硬度，来改善焊接性。降低高碳当量钢的焊接风险。在实际焊接工作中，通常采取焊前预热、焊后保温、控制层间温度的措施，加强焊接质量控制。
1. 预热
目的是提高初始温度，降低瞬时冷却速率，减缓焊后冷却速度。预热后，延长了在高温区的时间，焊缝金属冷却路径在 CCT曲线上会偏离马氏体区，进入珠光体/贝氏体区。延长焊后扩散型相变的时间窗口，减少马氏体生成量。同时可促进氢扩散逸出，降低冷裂风险。通常温度范围控制在150℃～250℃（根据CE和板厚确定）用燃气火焰、感应加热、或电加热板均匀加热焊缝两侧≥75mm区域；保证表面与心部温度一致（可用表面测温仪或接触式热电偶检测）
CE 0.45～0.6 → 150～180℃
CE > 0.6 → 180～250℃
2. 后热与控制层间温度
焊后应立即保温在 200～300℃，持续时间30 min～2 h。缓冷保温方式可采取覆盖石棉布、保温棉、炉冷等，避免焊后工件温度极速下降。对于特别高碳当量或厚板，还可进行焊后热处理，回火 550～650℃，使马氏体回火分解为铁素体+渗碳体的混合组织，同时保温1～2 h，使氢继续扩散逸出，降低残余应力，消除氢致裂纹隐患。多道焊时应控制层间温度 ≥ 预热温度，防止焊道之间冷却过快导致局部硬化。
总上所述，高碳当量钢因冷却后容易形成马氏体，导致焊后硬脆、冷裂和高残余应力风险。通过预热 → 减缓冷却 → 促进扩散型转变 → 焊后回火 → 降低硬度应力，可以显著提升焊接质量与安全性。具体制定焊接工艺时，还应注意：采用低氢型焊材（如碱性焊条、干燥保护气体），尽量减少氢来源。减小线能量，控制热输入，避免局部过热引发粗晶。对高强钢、高厚度板材，优先选用多道焊+小线能量的工艺组合。