65Mn钢丝的焊接

65Mn钢丝的焊接作者：高 伟 刘镇昌 葛培其 王 霖山东大学(济南市 260061) 摘要： 采用钨极氩弧焊的方法对0.7 mm的65Mn钢丝进行了焊接试验研究。研究表明：当焊接电流为10 A时可以得到外形完美的柱状焊接接头，但接头非常脆硬。采用加热温度280，保温10 min的后热工艺可以大大降低接头脆性及硬度。处理后的焊接接头抗拉强度最高达1 370 MPa，并且有优良的疲劳强度。因此，若在焊好的环形钢丝上镀敷以金刚石磨料，有可能使之成为一种高效的切割工具。 关键词： 氩弧焊 65Mn钢丝WELDING OF 65Mn STEEL WIREShandong University Gao Wei, Liu Zhencang, Ge Peiqi, Wang LinAbstract The welding test of 65Mn steel wire whose diameter is 0.7 mm is carried out using argon tungsten arc welding method in this paper. The results show that the round shape weld can be formed when the welding current is 10 A, but the weld is very hard and brittle. The hardness and brittleness can be reduced greatly by the post heat of 280 and heat preservation of 10 minutes. The tensile strength of the weld is about 1 370 MPa after the post heat, and it also has high fatigue strength. The welded ring shape steel wire is likely to be a kind of high efficiency cutting tool if being plated by diamond abrasives.Key words: argon tungsten arc welding, 65Mn steel wire0 概 述如将强度较高的细钢丝焊成环形，再镀附以金刚石磨料，有可能使之成为一种高效的切割工具，其关键工艺是保证焊接接头有一定的抗拉强度和疲劳强度。一般可用于线材对焊的方法有钎焊、电阻对焊、氧乙炔焰对焊、气体保护焊、激光焊和真空电子束焊等。钎焊主要应用在无线电工业和机电工业中，如导线与电缆的焊接。在这种情况下，仅要求焊接处具有良好的导电性能，不要求太高的强度。对于强度要求较高的情况下，金属丝的焊接一般采用电阻闪光对焊。为了焊接在拉制过程中焊接面积为0.110 mm2的导线端头，将导线放在陶瓷或玻璃管中进行焊接，焊后将其打碎，获得的接头直径几乎与母材一样，而且光滑没有焊瘤1 。文献2,3也报道了环形线材的电阻对焊方法，焊接时的顶锻力垂直于线材轴向，得到的焊接接头不如在陶瓷或玻璃管中进行焊接的规则。氧乙炔焰对焊用于线材焊接时，焊接过程难以操作，焊缝容易出现塌陷、咬边及未焊透等缺陷，难以满足环形线锯对接头圆柱度的要求4。近年来已有利用激光来实现细丝的焊接报道，文献5报道了用有波形控制系统的能量反馈激光器进行焊接，克服了电阻焊的不利方面，能完成以前钎焊所不能完成的钢丝的焊接。文献6报道了高碳环形钢丝的激光对焊焊接。这种环形钢丝镀以金刚石磨料后形成的线锯可用于电子材料的切割，切割力极小，研制者用钢琴丝、高碳钢丝S80C、不锈钢丝SUS304等作了焊接试验。结果表明，在空气中焊接时氧化剧烈，结合部位存在气泡，抗拉强度不超过500 MPa，但在真空中焊接时强度大大增加，同时焊点经573 K回火后，强度能增加47倍。文献4采用工业用CO2激光器进行了细钢丝焊接试验研究，其最大功率为1.5 kW。试验发现，即使在激光束功率为200250 W、焊接操作易于进行的情况下，同样具有焊缝凹陷及氧化缺陷，凹陷及氧化缺陷不能满足对焊点性能的要求。氩弧焊是以惰性气体氩气(Ar)为保护介质的电弧焊接方法，在焊接高温下，氩气不与金属发生化学反应，也不溶于液态金属，因此对焊接区的保护效果很好，非常适合焊接高碳钢及合金钢。本文对钨极氩弧焊焊接65Mn钢丝时的焊接可行性、焊接工艺及焊后热处理进行了一定的研究，焊后的环形钢丝若镀以超硬磨料，有可能形成一种高效切割工具。1 65Mn钢丝的成分及性能本研究所用的钢丝为直径0.7 mm的65Mn冷拉钢丝，其原始组织为索氏体和少量的铁素体，呈纤维状分布。65Mn的含碳量为0.62%0.70%，Si与Mn的含量分别为0.17%0.37%与0.9%1.2%。Mn使铁碳相图中S点和E点向左下方移动，降低了A3和A1线，因此，锰钢具有过热倾向。65Mn钢属于高碳钢，加上Mn与Si的联合作用，使其碳当量达0.8%以上。这就使65Mn钢具有极大的淬硬倾向，焊接性极差。2 65Mn钢丝的氩弧焊对焊工艺为了减小电极的消耗，选择直流正接进行线材的对焊试验，即选用直流电源，线材接电源的正极，钨极接电源的负极。含1%或2%氧化钍的钨极发射电子效率高，电流承载能力好，且抗污染性能好，引弧容易并且电弧比较稳定。为了便于操作，选择直径为2 mm的较细的钍钨极，并且电极前端磨尖。由于氩气较低的电弧电压特性对于薄板和线材的手弧焊特别有益，因此选择氩气做保护气体。试验选用直流手工氩弧焊机，焊接前，将钢丝两端头仔细磨平，为防止焊点产生气孔，用丙酮将端头油污清洗干净。将两端磨平的线材放在平整洁净的对正板上（图1），使两端头对正，接头处不留间隙，用压铁压住接头两侧。将线材接焊机正极，钨极接负极，分别将电流调至20 A，15 A，10 A，8 A进行焊接。焊接时，在接头旁边引燃点弧并使之燃烧稳定，将电弧移至接头处使接头金属熔化后迅速将电弧熄灭，同时轻微施加顶锻力，冷却后即完成焊接过程，焊接过程中不使用填充焊丝。 试验发现，当焊接电流为20 A时，电弧燃烧剧烈，接头处金属飞溅严重，焊点塌陷严重。当电流调至15 A时，电弧燃烧较平稳，熔池飞溅少，但焊缝仍有塌陷。但电流降至10 A时，引弧容易，电弧燃烧稳定，焊缝处没有塌陷现象。图2为焊接电流10 A时，用数码相机在Leica MZ6型体视显微镜下拍下的焊接接头形状。可以看出，接头的圆柱度较好，将其打磨后能满足线锯的要求。当电流调至8 A以下时，引弧困难且电弧不稳定，难以完成焊接过程。3 焊接接头的热处理与强度试验由于65Mn钢具有过热倾向，因此焊接热影响区对接头的力学性能影响很大。直径0.7 mm的65Mn钢丝经氩弧焊对焊后接头处非常硬脆，轻轻折弯焊点处，就会在熔合线或焊缝处脆断，断口呈明显的脆性断裂形貌。所得接头由焊缝和热影响区组成，沿接头轴线测试从焊缝中心至母材各个区域的显微硬度。测量结果表明，从母材到热影响区及焊缝中部，显微硬度急剧增加，焊缝中部硬度达HV 1 060，这说明热影响区及焊缝中部生成了硬脆组织。对于这种具有硬脆组织的接头，为了提高其韧性和塑性，降低其硬度，获得硬度、强度、塑性和韧性的适当配合，必须对焊接接头进行适当的回火处理。热处理后，应将热影响区的脆性消除，同时应能使母材保持一定的强度和弹性。回火在箱式电阻炉内进行，回火工艺见表1。将回火后的钢丝焊接接头处仔细打磨，使其直径与母材直径大致相等，再在WE-50拉伸试验机上进行拉伸试验。每种回火处理的试样取三根，取其拉力的平均值。由试验可以看出，330以上热处理后，母材弹性基本消失，且断裂均发生在母材处，而不发生在焊点及其热影响区，这说明热处理后虽然热影响区的脆性完全消失，但母材的强度被大大削落（经试验，所用母材的抗拉强度为1 663 MPa）。260保温10 min时，虽然材料弹性基本不变，但热影响区的脆性不能消除。当加热温度为280，保温10 min时效果最好，热影响区的抗拉强度只比母材降低20%左右，而母材的弹性消失较小。将280回火处理的焊头沿轴线方向测试纵剖面上各个区的显微硬度，发现焊缝处的最高硬度值降低到HV 500左右，比未处理时的硬度降低大约1倍。 焊好的环形钢丝不但应能满足一定的强度和弹性要求，而且应具有一定的疲劳强度，因此对回火处理的环形钢丝进行疲劳试验。为了正确反映对焊环形钢丝的疲劳性能，决定模拟环形钢丝的工作状态对其进行疲劳测试，为此设计了疲劳运转测试装置，对比各种热处理对线锯疲劳寿命的影响，装置见图3。该装置MH由两个转轮、电机、变频器和支架组成。两转轮由铝合金制成，中间加工一深为0.7 mm的凹槽，上端为从动轮，下端为主动轮，两转轮的直径均为210 mm，转轮中心距在350420 mm之间可调，通过调整中心距，使钢丝张力达到50 N左右，保证钢丝与转轮之间的摩擦力，使环形钢丝平稳运转。电机功率为450 W，通过变频电源OLIN1&E改变电流频率来改变转速。试验时，电机以低速启动，运转过程中在逐渐增加转速，使锯丝导轮转速达727 r/min（线速度为8 m/s）。350以上回火处理的钢丝由于母材强度大大降低，且弹性基本消失，再做疲劳试验没有意义。因此，只对350以下回火处理的钢丝进行疲劳试验，试验结果见表2。由试验结果可以看出，焊好后的环形钢丝经加热到温度280，保温10 min的回火工艺，在本实验条件下，可以连续运转8 h，疲劳强度最高，而其他回火工艺处理钢丝疲劳强度较低。4 结 论（1）采用非熔化极氩气保护焊焊接0.7 mm的65Mn钢丝可以得到外观良好的焊接接头，焊接时可不加填充金属。焊接电流强度以10 A比较合适，电流过大会产生飞溅和塌边现象。电流太小，则引弧困难，电弧不稳定。（2） 焊好的接头非常硬脆，因此必须进行适当的热处理。对焊接接头采用加热温度280，保温10 min的回火工艺，可以使接头的抗拉强度达1 370 MPa，并且疲劳强度也较高。参考文献1 Hanisch, Horst. Butt welding of wire and stranded cable. Wire industy,1982,49(579):1491522 R W Cahn. Welding of fram. Wires industry, 1990,57(675):2672693 Higging G. Producpron beltli