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。 

焊接接头试验

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 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 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 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,而且具有一定的疲劳强度.

弹簧钢按其加工成型方式分为热成型和冷成型两类,由于加工方式的不同,在后续的热处理方式也不尽相同,具体如下:  

1热成型弹簧的热处理
直径或板厚大于10-15mm的大型弹簧件,多用热轧盘条拉拔的钢丝或钢板制成。
加工及热处理为:先把弹簧钢丝加热到高于正常淬火温度50-80℃的条件下热卷成型,然后淬火+中温回火,获得弹性极限和疲劳强度极佳的回火索氏体。弹簧钢淬火加热应选用少氧或无氧化的设备如盐浴炉、保护气氛炉等,防止氧化脱碳。
弹簧钢热处理后还要进行喷丸处理,强化表面,产生残余压应力,提高疲劳强度。
热轧弹簧钢采用的工艺流程为:扁钢剪断——>加热压弯成形后余热淬火+中温回火+喷丸——>包装。

2冷成型弹簧的热处理
直径小于8mm的弹簧件,常用冷拔钢丝冷卷成形。冷拉钢丝制造工艺及后续热处理,主要是以下三类:
1)铅浴处理冷拉钢丝
先将钢丝连续拉拔三次,总变形量达到50%,接着加热到Ac3以上温度使其奥氏体化,随后在450-550℃的铅浴中等温处理,奥氏体转化为索氏体组织。屈服强度为1600Mpa,冷卷成形后,在200-300℃退火消除应力即可。
2)油淬火回火钢丝
钢丝拉拔到处理尺寸后,进行油淬火回火。这类钢丝的强度不如铅浴处理的钢丝,但性能均匀一致,成本较低。冷卷成形后,进行去应力处理。
3)退火状态钢丝
将钢丝拉拔到规定尺寸,再进行退火处理。软化后的钢丝冷卷成形后,需经过淬火+中温回火后才能获得所需的力学性能。

65 、70 、85、1065、1070、1086、sup3-特性: 可得到很高强度、硬度、屈强比,但淬透性小,耐热性不好,承受动载和疲劳载荷的能力低 应用 广泛,但多用于工作温度不高的小型弹簧或不太重要的较大弹簧。如汽车、拖拉机、铁道车辆及一般机械用的弹簧。

65Mn 、1066-特性:成分简单,淬透性和综合力学性能、脱碳等工艺性能均比碳钢好,但对过热比较敏感,有回火脆性,淬火易出裂纹 价格较低,用量很大。制造各种小截面扁簧、圆簧、发条等,亦可制气门弹簧、弹簧环,减振器和离合器簧片、刹车簧等。

55Si2Mn 、60Si2Mn 、60Si2MnA、9255、9260、SUP6、SUP7-特性: 硅含量(Wsi)高(上限达2.00%)。强度高,弹性好。抗回火稳定性好。易脱碳和石墨化。淬透性不高。主要的弹簧钢类,用途很广。制造各种弹簧,如汽车、机车、拖拉机的板簧、螺旋弹簧,汽缸安全阀簧及一些在高应力下工作的重要弹簧,磨损严重的弹簧。

55Si2MnB 因含硼,其淬透性明显改善 轻型、中型汽车的前后悬挂弹簧、副簧。
55Si2MnB 中国自行研制的钢号,淬透性、综合力学性能、疲劳性能均较60Si2Mn钢好主要制造中、小型汽车的板簧,使用效果好,亦可制其他中等截面尺寸的板簧、螺旋弹簧。

60Si2CrA 60Si2CrVA、9254、SUP12-特性:高强度弹簧钢。淬透性高,热处理工艺性能好。因强度高,卷制弹簧后应及时处理消除内应力 制造载荷大的重要大型弹簧。60Si2CrA可制汽轮机汽封弹簧、调节弹簧、冷凝器支承弹簧、高压水泵碟形弹簧等。60Si2CrVA钢还制作极重要的弹簧,如常规武器取弹钩弹簧、破碎机弹簧。

55CrMnA、5155、SUP9 、SUP9A 、60CrMnA-特性 突出优点是淬透性好,另外热加工性能、综合力学性能、抗脱碳性能亦好 大截面的各种重要弹簧,如汽车、机车的大型板簧、螺旋弹簧等。
60CrMnMoA 、4161、sup13A:在现有各种弹簧钢中淬透性 。力学性能、抗回火稳定性等亦好 大型土木建筑、重型车辆、机械等使用的超大型弹簧。钢板厚度可达35mm以上,圆钢直径可超过60mm。

50CrVA、6150、SUP10A-特性:少量钒提高弹性、强度、屈强比和弹减抗力,细化晶粒,减小脱碳倾向。碳含量较小,塑性、韧性较其他弹簧钢好。淬透性高,疲劳性能也好 各种重要的螺旋弹簧,特别适宜作工作应力振幅高、疲劳性能要求严格的弹簧,如阀门弹簧、喷油嘴弹簧、气缸胀圈、安全阀簧等。

60CrMnBA-特性:淬透性比60CrMnA高,其他各种性能相似 尺寸更大的板簧、螺旋弹簧、扭转弹簧等。
30W4Cr2VA-特性:高强度耐热弹簧钢。淬透性很好。高温抗松弛和热加工性能也很好 工作温度500~C以下的耐热弹簧,如汽轮机主蒸汽阀弹簧、汽封弹簧片、锅炉安全阀弹簧、400t锅炉碟形阀弹簧等。

T9A-特性:T9A性能和T8和T8A相似,T9A用于制造硬度较高,有一定韧性但不受剧烈振动冲击的工具,如中心铳、冲模、冲头、木材切削工具及饲料机的刀片、凿岩石用的凿子等工具。

65mn-特性:有优良的综合性能,如力学性能(特别是弹性极限、强度极限、屈强比)、抗弹减性能(即抗弹性减退性能,又称抗松弛性能)、疲劳性能、淬透性、物理化学性能(耐热、耐低温、抗氧化、耐腐蚀等)。为了满足上述性能要求,弹簧钢具有优良的冶金质量(高的纯洁度和均匀性)、良好的表面质量(严格控制表面缺陷和脱碳)、 的外形和尺寸。

55Si2MnB--特性:性能与55Si2Mn钢相近,但淬透性更高,在油中临界淬透直径约为90~180mm,疲劳强度也显著提高。用途:适用于制造中、小型截面的钢板弹簧,如汽车上的前后副钢板弹簧。

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