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笔记 PAGE1 焊接方法的选择 65Mn-Q235异种钢的焊接性很差，对于一般能满足使用性能的结构很少采用该异种钢结构，因此其焊接生产量较少，并且大多是短焊缝，生产中多采用焊条电弧焊。 笔记 PAGE2 焊接材料的选择 在65Mn-Q235异种钢焊接构件中，65Mn钢一般是满足高硬度、耐磨的要求，其强度不作为设计基准，而是以Q235钢的强度为设计强度。因此，在选择焊接材料时，应以Q235钢为依据。 但是65Mn钢容易因为扩散氢含量高而导致延迟裂纹，所以选择焊接材料时还应该选择低氢型的。另外，根据异种钢焊接时，不同强度级别碳钢的焊接材料选择要点，一般要求焊缝金属或接头的强度不低于两种被焊金属的最低强度，选用的焊条熔敷金属的强度能保证焊缝及接头的强度，不低于强度较低侧母材的强度。 同时焊缝金属的塑性和冲击韧性，不低于强度较高而塑性较差一侧母材的性能。因此，可按两者之中强度级别较低的钢材选用焊接材料，为了防止焊接裂纹，应按强度级别较高，焊接性较差的钢种确定焊接工艺。 根据以上要求，65Mn-Q235异种钢焊接选用E4315低氢钠型焊条，并用直流反接施焊。焊条使用前应按规定烘干350℃×2h。由表4-1可以看出选用E4315型焊条能够满足工艺设计要求。 笔记 PAGE3 接头形式及坡口设计 由前面分析，因为65Mn、Q235两种钢的化学成分、物理性质等方面有较大的差异，这就导致了焊接时有较大的内应力产生，所以65Mn-Q235异种钢焊接接头的设计，应尽量避开较大内应力的影响，选用对接接头。 坡口尺寸的大小及形状影响熔合比和焊接生产率，同时还应考虑母材的厚度。可以参照表4-2进行确定。 笔记 PAGE4 焊接参数的选择 4.1焊条直径 焊条直径可根据焊件厚度、接头型式、焊缝位置、焊道层次等因素进行选择。焊件厚度越大，可选用的焊条直径越大；T形接头比对接接头的焊条直径大，而立焊、仰焊及横焊比平焊时所选用焊条直径应小些，一般立焊焊条最大直径不超过5mm，横焊、仰焊不超过4mm；多层焊的第一层焊缝选用细焊条。焊条直径与厚度的关系见表4-3。 4.2焊接电流 焊接电流是焊条电弧焊中最重要的一个工艺参数，它的大小直接影响焊接质量及焊缝成形。当焊接电流过大时，焊缝溶深和余高增加，焊缝宽度减少，且有可能造成咬边、烧穿等缺陷； 当焊接电流过小时，焊缝窄而高，熔池浅，熔合不良，会产生未焊透、夹渣等缺陷。选择焊接电流大小时，要考虑焊条类型、焊条直径、焊件厚度以及接头型式、焊缝位置、焊道层次等因素。其中最主要焊条直径、焊接位置和焊道层次三大因素。 a.焊条直径 焊条直径越大，焊接电流就越大，如表4-4所示。 b.焊接位置 厚板或T形接头和搭接接头以及施焊环境温度低时，焊接电流应大些；平焊位置焊接时，可选择偏大些的焊接电流；横焊和立焊时，焊接电流应比平焊位置电流小10%～15%，仰焊时，焊接电流应比平焊位置电流小10%～20%；角焊缝电流比平焊位置电流稍大些。 c.焊道层次 在多层焊或多层多道焊的打底焊道时，为了保证背面焊道质量和便于操作，应使用较小电流；焊填充焊道时，为了提高效率，可使用较大的焊接电流；盖面焊时，为了防止出现焊接缺陷，应选用稍小电流。 d.当使用碱性焊条时，比酸性焊条的焊接电流减少10%左右。 4.3电弧电压 电弧电压主要影响焊缝宽度，电弧电压越高，焊缝就越宽，焊缝厚度和余高减少，飞溅增加，焊缝成形不易控制。电弧电压的大小主要取决于电弧长度，电弧长，电弧电压就高；电弧短，电弧电压就低。 焊接电弧有长弧与短弧之分，当电弧长度是焊条直径的0.5～1.0倍时，称为短弧；当电弧长度大于焊条直径时，称为长弧。一般在焊接过程中，希望电弧长度始终保持一致且尽量使用短弧焊接。 4.4焊接速度 焊接速度主要取决于焊条的熔化速度和所要求的焊缝尺寸、装配间隙和焊接位置等。当焊接速度太慢时，焊缝高而宽，外形不整齐，易产生焊瘤等缺陷；当焊接速度太快时，焊缝窄而低，易产生未焊透等缺陷。在实际操作中，应要把具体情况灵活掌握，以确保焊缝质量和外观尺寸满足要求。 4.5焊接线能量 线能量是指熔焊时，由焊接能源输入给单位长度焊缝上的能量。其计算公式如下： （J/cm） 式中 E—焊接线能量，J/cm； q—电弧有效功率，J/s； v—焊接速度，cm/s； η—电弧有效功率因数； I—焊接电流，A； U—焊接电压，V。 焊接线能量会影响焊缝的性能和质量，不同的钢材，焊接线能量最佳范围也不一样，一般通过工艺试验来确定线能量的范围，再根据线能量范围确定焊接工艺参数。 4.6焊接层数 当焊件较厚时，要进行多层焊或多层多道焊。多层焊时，后一层焊缝对前一层焊缝有热处理作用，能细化晶粒，提高焊缝接头的塑性。因些对于一些重要结构，焊接层数多些好，每层厚度最好不大于4～5mm。实践经验表明，当每层厚度为焊条直径的0.8～1.2倍时，焊接质量最好，生产效率最高，并且容易操作。 4.7定位焊 定位焊是指焊前为固定焊件的相对位置进行的焊接操作，俗称点固焊。定位焊所形成的断续而又短小的焊缝称为定位焊缝。在焊接结构的制造过程中，几乎所有零部件均先通过定位焊进行组装，然后再焊成一体，因而定位焊的质量将影响焊缝质量以至整个产品质量，应引起足够的重视。 进行定位焊时应主要考虑以下几方面因素： 4.7.1、定位焊焊条 定位焊缝一般作为正式焊缝留在焊接结构中，因而定位焊所用焊条应与正式焊接所用焊条型号相同，不能用受潮、脱皮、不知型号的或者焊条头代替。 4.7.2、定位焊部位 双面焊反面清根的焊缝，尽量将定位焊缝布置在反面；形状对称的构件上，定位焊缝应对称排列；避免在焊件的端部、角度等容易引起应力集中的地方进行定位焊，不能在焊缝交叉处或焊缝方向发生急剧变化的地方进行定位焊，通常至少应离开这些地方50mm。 4.7.3、定位焊缝尺寸 一般根据焊件的厚度来确定定位焊缝的长度、高度和间距。如表4-5所示。 表4-5 定位焊缝参考尺寸 单位：mm
4.7.4、定位焊工艺要求 1）定位焊缝短，冷却速度快，因而焊接电流应比正式焊缝电流大10%～15%。 2）定位焊起弧和结尾处应圆滑过渡，焊道不能太高，必须保证熔合良好，以防产生未焊透、夹渣等缺陷。 3）如定位焊缝开裂，必须将裂纹处的焊缝铲除后重新定位焊。在定位焊后，如出现接口不齐平，应进行校正，然后才能正式焊接。 4）尽量避免强制装配，以防在焊接过程中，焊件的定位焊缝或正式焊缝开裂，必要时可增加定位焊缝的长度，并减小定位焊缝的间距，或者采用热处理措施。 5焊前准备 焊接坡口的制备一般都采用火焰切割，但是火焰切割在精度方面不能得到很好的保证，特别是对装配要求较高时更不能得到满足。另外火焰切割不能避免氧化皮产生，还有可能造成增碳等不良后果， 所以为了减小火焰切割对焊接接头的影响，65Mn钢坡口的制备应先将其退火然后机械加工。Q235钢也尽量采用机械加工，以保证装配精度。对于坡口两侧5～7cm范围内的氧化铁皮、铁锈、油污、水等杂物应清理干净，以免焊接产生氢不利于焊接。 6焊前预热 重要构件的焊接、合金钢、高碳钢的焊接及厚部件的焊接，都要求在焊前必须预热。焊前预热的主要作用如下： 1、预热能减缓焊后的冷却速度，有利于焊缝金属中扩散氢的逸出，避免产生氢致裂纹。同时也减少焊缝及热影响区的淬硬程度，提高了焊接接头的抗裂性。 2、预热可降低焊接应力。均匀地局部预热或整体预热，可以减少焊接区域被焊工件之间的温度差（也称为温度梯度）。这样，一方面降低了焊接应力，另一方面，降低了焊接应变速率，有利于避免产生焊接裂纹。 3、预热可以降低焊接结构的拘束度，对降低角接接头的拘束度尤为明显，随着预热温度的提高，裂纹发生率下降。 预热温度和层间温度的选择不仅与钢材和焊条的化学成分有关，还与焊接结构的刚性、焊接方法、环境温度等有关，应综合考虑这些因素后确定。另外，预热温度在钢材板厚方向的均匀性和在焊缝区域的均匀性，对降低焊接应力有着重要的影响。 局部预热的宽度，应根据被焊工件的拘束度情况而定，一般应为焊缝区周围各三倍壁厚，且不得少于150-200毫米。如果预热不均匀，不但不减少焊接应力，反而会出现增大焊接应力的情况。65Mn-Q235异种钢焊接时，65Mn、Q235两种钢都应预热150～200℃。 7焊后热处理 焊后热处理主要是指焊后消氢处理，是在焊接完成以后，焊缝尚未冷却至100℃以下时，进行的低温热处理。一般规范为加热到200～350℃，保温2～6小时。焊后消氢处理的主要作用是加快焊缝及热影响区中氢的逸出，对于防止焊接时产生焊接裂纹的效果极为显著。 在焊接过程中，由于加热和冷却的不均匀性，以及构件本身产生拘束或外加拘束，在焊接工作结束后，在构件中总会产生焊接应力。焊接应力在构件中的存在，会降低焊接接头区的实际承载能力，产生塑性变形，严重时还会导致构件的破坏。 消应力热处理是使焊好的工件在高温状态下，其屈服强度下降，来达到松弛焊接应力的目的。常用的方法有两种：一是整体高温回火，即把焊件整体放入加热炉内，缓慢加热到一定温度，然后保温一段时间，最后在空气中或炉内冷却。 用这种方法可以消除80%-90%的焊接应力。另一种方法是局部高温回火，即只对焊缝及其附近区域进行加热，然后缓慢冷却，降低焊接应力的峰值，使应力分布比较平缓，起到部分消除焊接应力的目的。 异种钢在进行焊后热处理时应注意以下几点： 1、当焊件中有强烈淬火倾向的珠光体材料时，焊后应立即进行回火。 2、为了防止焊接变形，焊前预热的焊件装炉温度不得高于350℃；焊后立即进行回火的焊接构件装炉温度不低于450。 3、升温速度取决于被焊钢材的化学成分、焊件类型和壁厚、加热炉功率等因素。可根据焊件厚度δ，按200×25／δ(℃／h)计算。当焊件厚度＞25mm时，回火的升温速度应小于200℃／h。 4、在回火的保温过程中，大件、厚件温差不超过±20℃。 5、进行局部回火时，应保证焊缝两侧有均匀的加热宽度。 6、为消除构件的热应力和变形，冷却速度应小于200℃／h或小于200×25／δ(℃／h)。（当焊件厚度δ＞25时）。有回火脆性的钢构件回火时，温度不能取在脆性温度范围内，通过这一温度区间时应快冷。 笔记 PAGE5 焊接试验 5.1试件的制备 用机械加工的方法制备100×150厚12（单位:mm）的65Mn、Q235钢试件各一块。如图5-1示: 5.2焊前准备 1、焊前严格清理悍件表面的油污、水分、氧化铁皮、铁锈等杂物。 2、选用E4315焊条，焊前烘干350℃×2h。 5.3焊接规范 1、焊条直径ф3.2、4.0。 2、电源种类与极性 直流反接。 3、焊接电流 100～130A（ф3.2） 140～180A（ф4.0）。 4、电弧电压 24～25V（ф3.2） 25～27V（ф4.0）。 5、焊前预热 150～200℃。 6、焊后热处理 焊后200～350℃×2h回火。 5.4焊接操作 按图示顺序焊接，第一层用ф3.2焊条、焊接电流100～130A、电弧电压24～25V,其余各层用ф4.0焊条、焊接电流140～180A、电弧电压25～27V。焊接时，下一层焊缝的弧坑应避免出现在上一层的弧坑处。 5.5试验分析 1、表面平均裂纹率 式中 —表面裂纹率（%）； —表面裂纹长度之和（mm）； —试验焊缝长度（mm）。 2、根部平均裂纹率 式中 —根部裂纹率（%）； —根部裂纹长度之和（mm）； —试验焊缝长度（mm）。 笔记 PAGE6 结论 经过焊接实践验证焊接可以得到满足使用性能的优质焊缝，但是制订焊接工艺时，由于其特殊的焊接性要求，生产中应特别注意一下几个方面： 1、焊前预热防止冷却速度过快产生淬硬组织增加冷裂纹形成的倾向。 2、采用低氢型焊条并且严格烘干、保温，减少扩散氢的含量，降低延迟裂纹形成的可能性。 3、拟订合理焊接工艺参数 线能量过大易产生粗大的过热组织，因晶粒粗化和难溶质点的溶解都使过冷奥氏体稳定性提高，得到马氏体组织；线能量过小焊缝成形不良，冷却过快内应力较大易产生冷裂纹源。焊接工艺参数的拟订应根据焊条直径和工人熟练程度确定出焊接电流、再确定电弧电压、最后确定焊接速度。 4、按照工艺规范严格清理母材。 5、避免强力装配，减少约束应力。 6、定位焊也应按照工艺规范施焊。 7、对质量要求相对严格的焊后应进行200～350℃×2h回火。实际生产中根据生产条件应多次试验，最后得出符合现行条件的焊接工艺规范。 广告佳位 虚位以待 |
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