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筆記 PAGE1 焊接方法的選擇 65Mn-Q235異種鋼的焊接性很差，對于一般能滿足使用性能的結構很少采用該異種鋼結構，因此其焊接生產量較少，并且大多是短焊縫，生產中多采用焊條電弧焊。 筆記 PAGE2 焊接材料的選擇 在65Mn-Q235異種鋼焊接構件中，65Mn鋼一般是滿足高硬度、耐磨的要求，其強度不作為設計基準，而是以Q235鋼的強度為設計強度。因此，在選擇焊接材料時，應以Q235鋼為依據。 但是65Mn鋼容易因為擴散氫含量高而導致延遲裂紋，所以選擇焊接材料時還應該選擇低氫型的。另外，根據異種鋼焊接時，不同強度級別碳鋼的焊接材料選擇要點，一般要求焊縫金屬或接頭的強度不低于兩種被焊金屬的最低強度，選用的焊條熔敷金屬的強度能保證焊縫及接頭的強度，不低于強度較低側母材的強度。 同時焊縫金屬的塑性和沖擊韌性，不低于強度較高而塑性較差一側母材的性能。因此，可按兩者之中強度級別較低的鋼材選用焊接材料，為了防止焊接裂紋，應按強度級別較高，焊接性較差的鋼種確定焊接工藝。 根據以上要求，65Mn-Q235異種鋼焊接選用E4315低氫鈉型焊條，并用直流反接施焊。焊條使用前應按規定烘干350℃×2h。由表4-1可以看出選用E4315型焊條能夠滿足工藝設計要求。 筆記 PAGE3 接頭形式及坡口設計 由前面分析，因為65Mn、Q235兩種鋼的化學成分、物理性質等方面有較大的差異，這就導致了焊接時有較大的內應力產生，所以65Mn-Q235異種鋼焊接接頭的設計，應盡量避開較大內應力的影響，選用對接接頭。 坡口尺寸的大小及形狀影響熔合比和焊接生產率，同時還應考慮母材的厚度。可以參照表4-2進行確定。 筆記 PAGE4 焊接參數的選擇 4.1焊條直徑 焊條直徑可根據焊件厚度、接頭型式、焊縫位置、焊道層次等因素進行選擇。焊件厚度越大，可選用的焊條直徑越大；T形接頭比對接接頭的焊條直徑大，而立焊、仰焊及橫焊比平焊時所選用焊條直徑應小些，一般立焊焊條最大直徑不超過5mm，橫焊、仰焊不超過4mm；多層焊的第一層焊縫選用細焊條。焊條直徑與厚度的關系見表4-3。 4.2焊接電流 焊接電流是焊條電弧焊中最重要的一個工藝參數，它的大小直接影響焊接質量及焊縫成形。當焊接電流過大時，焊縫溶深和余高增加，焊縫寬度減少，且有可能造成咬邊、燒穿等缺陷； 當焊接電流過小時，焊縫窄而高，熔池淺，熔合不良，會產生未焊透、夾渣等缺陷。選擇焊接電流大小時，要考慮焊條類型、焊條直徑、焊件厚度以及接頭型式、焊縫位置、焊道層次等因素。其中最主要焊條直徑、焊接位置和焊道層次三大因素。 a.焊條直徑 焊條直徑越大，焊接電流就越大，如表4-4所示。 b.焊接位置 厚板或T形接頭和搭接接頭以及施焊環境溫度低時，焊接電流應大些；平焊位置焊接時，可選擇偏大些的焊接電流；橫焊和立焊時，焊接電流應比平焊位置電流小10%～15%，仰焊時，焊接電流應比平焊位置電流小10%～20%；角焊縫電流比平焊位置電流稍大些。 c.焊道層次 在多層焊或多層多道焊的打底焊道時，為了保證背面焊道質量和便于操作，應使用較小電流；焊填充焊道時，為了提高效率，可使用較大的焊接電流；蓋面焊時，為了防止出現焊接缺陷，應選用稍小電流。 d.當使用堿性焊條時，比酸性焊條的焊接電流減少10%左右。 4.3電弧電壓 電弧電壓主要影響焊縫寬度，電弧電壓越高，焊縫就越寬，焊縫厚度和余高減少，飛濺增加，焊縫成形不易控制。電弧電壓的大小主要取決于電弧長度，電弧長，電弧電壓就高；電弧短，電弧電壓就低。 焊接電弧有長弧與短弧之分，當電弧長度是焊條直徑的0.5～1.0倍時，稱為短弧；當電弧長度大于焊條直徑時，稱為長弧。一般在焊接過程中，希望電弧長度始終保持一致且盡量使用短弧焊接。 4.4焊接速度 焊接速度主要取決于焊條的熔化速度和所要求的焊縫尺寸、裝配間隙和焊接位置等。當焊接速度太慢時，焊縫高而寬，外形不整齊，易產生焊瘤等缺陷；當焊接速度太快時，焊縫窄而低，易產生未焊透等缺陷。在實際操作中，應要把具體情況靈活掌握，以確保焊縫質量和外觀尺寸滿足要求。 4.5焊接線能量 線能量是指熔焊時，由焊接能源輸入給單位長度焊縫上的能量。其計算公式如下： （J/cm） 式中 E—焊接線能量，J/cm； q—電弧有效功率，J/s； v—焊接速度，cm/s； η—電弧有效功率因數； I—焊接電流，A； U—焊接電壓，V。 焊接線能量會影響焊縫的性能和質量，不同的鋼材，焊接線能量最佳范圍也不一樣，一般通過工藝試驗來確定線能量的范圍，再根據線能量范圍確定焊接工藝參數。 4.6焊接層數 當焊件較厚時，要進行多層焊或多層多道焊。多層焊時，后一層焊縫對前一層焊縫有熱處理作用，能細化晶粒，提高焊縫接頭的塑性。因些對于一些重要結構，焊接層數多些好，每層厚度最好不大于4～5mm。實踐經驗表明，當每層厚度為焊條直徑的0.8～1.2倍時，焊接質量最好，生產效率最高，并且容易操作。 4.7定位焊 定位焊是指焊前為固定焊件的相對位置進行的焊接操作，俗稱點固焊。定位焊所形成的斷續而又短小的焊縫稱為定位焊縫。在焊接結構的制造過程中，幾乎所有零部件均先通過定位焊進行組裝，然后再焊成一體，因而定位焊的質量將影響焊縫質量以至整個產品質量，應引起足夠的重視。 進行定位焊時應主要考慮以下幾方面因素： 4.7.1、定位焊焊條 定位焊縫一般作為正式焊縫留在焊接結構中，因而定位焊所用焊條應與正式焊接所用焊條型號相同，不能用受潮、脫皮、不知型號的或者焊條頭代替。 4.7.2、定位焊部位 雙面焊反面清根的焊縫，盡量將定位焊縫布置在反面；形狀對稱的構件上，定位焊縫應對稱排列；避免在焊件的端部、角度等容易引起應力集中的地方進行定位焊，不能在焊縫交叉處或焊縫方向發生急劇變化的地方進行定位焊，通常至少應離開這些地方50mm。 4.7.3、定位焊縫尺寸 一般根據焊件的厚度來確定定位焊縫的長度、高度和間距。如表4-5所示。 表4-5 定位焊縫參考尺寸 單位：mm
4.7.4、定位焊工藝要求 1）定位焊縫短，冷卻速度快，因而焊接電流應比正式焊縫電流大10%～15%。 2）定位焊起弧和結尾處應圓滑過渡，焊道不能太高，必須保證熔合良好，以防產生未焊透、夾渣等缺陷。 3）如定位焊縫開裂，必須將裂紋處的焊縫鏟除后重新定位焊。在定位焊后，如出現接口不齊平，應進行校正，然后才能正式焊接。 4）盡量避免強制裝配，以防在焊接過程中，焊件的定位焊縫或正式焊縫開裂，必要時可增加定位焊縫的長度，并減小定位焊縫的間距，或者采用熱處理措施。 5焊前準備 焊接坡口的制備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證，特別是對裝配要求較高時更不能得到滿足。另外火焰切割不能避免氧化皮產生，還有可能造成增碳等不良后果， 所以為了減小火焰切割對焊接接頭的影響，65Mn鋼坡口的制備應先將其退火然后機械加工。Q235鋼也盡量采用機械加工，以保證裝配精度。對于坡口兩側5～7cm范圍內的氧化鐵皮、鐵銹、油污、水等雜物應清理干凈，以免焊接產生氫不利于焊接。 6焊前預熱 重要構件的焊接、合金鋼、高碳鋼的焊接及厚部件的焊接，都要求在焊前必須預熱。焊前預熱的主要作用如下： 1、預熱能減緩焊后的冷卻速度，有利于焊縫金屬中擴散氫的逸出，避免產生氫致裂紋。同時也減少焊縫及熱影響區的淬硬程度，提高了焊接接頭的抗裂性。 2、預熱可降低焊接應力。均勻地局部預熱或整體預熱，可以減少焊接區域被焊工件之間的溫度差（也稱為溫度梯度）。這樣，一方面降低了焊接應力，另一方面，降低了焊接應變速率，有利于避免產生焊接裂紋。 3、預熱可以降低焊接結構的拘束度，對降低角接接頭的拘束度尤為明顯，隨著預熱溫度的提高，裂紋發生率下降。 預熱溫度和層間溫度的選擇不僅與鋼材和焊條的化學成分有關，還與焊接結構的剛性、焊接方法、環境溫度等有關，應綜合考慮這些因素后確定。另外，預熱溫度在鋼材板厚方向的均勻性和在焊縫區域的均勻性，對降低焊接應力有著重要的影響。 局部預熱的寬度，應根據被焊工件的拘束度情況而定，一般應為焊縫區周圍各三倍壁厚，且不得少于150-200毫米。如果預熱不均勻，不但不減少焊接應力，反而會出現增大焊接應力的情況。65Mn-Q235異種鋼焊接時，65Mn、Q235兩種鋼都應預熱150～200℃。 7焊后熱處理 焊后熱處理主要是指焊后消氫處理，是在焊接完成以后，焊縫尚未冷卻至100℃以下時，進行的低溫熱處理。一般規范為加熱到200～350℃，保溫2～6小時。焊后消氫處理的主要作用是加快焊縫及熱影響區中氫的逸出，對于防止焊接時產生焊接裂紋的效果極為顯著。 在焊接過程中，由于加熱和冷卻的不均勻性，以及構件本身產生拘束或外加拘束，在焊接工作結束后，在構件中總會產生焊接應力。焊接應力在構件中的存在，會降低焊接接頭區的實際承載能力，產生塑性變形，嚴重時還會導致構件的破壞。 消應力熱處理是使焊好的工件在高溫狀態下，其屈服強度下降，來達到松弛焊接應力的目的。常用的方法有兩種：一是整體高溫回火，即把焊件整體放入加熱爐內，緩慢加熱到一定溫度，然后保溫一段時間，最后在空氣中或爐內冷卻。 用這種方法可以消除80%-90%的焊接應力。另一種方法是局部高溫回火，即只對焊縫及其附近區域進行加熱，然后緩慢冷卻，降低焊接應力的峰值，使應力分布比較平緩，起到部分消除焊接應力的目的。 異種鋼在進行焊后熱處理時應注意以下幾點： 1、當焊件中有強烈淬火傾向的珠光體材料時，焊后應立即進行回火。 2、為了防止焊接變形，焊前預熱的焊件裝爐溫度不得高于350℃；焊后立即進行回火的焊接構件裝爐溫度不低于450。 3、升溫速度取決于被焊鋼材的化學成分、焊件類型和壁厚、加熱爐功率等因素。可根據焊件厚度δ，按200×25／δ(℃／h)計算。當焊件厚度＞25mm時，回火的升溫速度應小于200℃／h。 4、在回火的保溫過程中，大件、厚件溫差不超過±20℃。 5、進行局部回火時，應保證焊縫兩側有均勻的加熱寬度。 6、為消除構件的熱應力和變形，冷卻速度應小于200℃／h或小于200×25／δ(℃／h)。（當焊件厚度δ＞25時）。有回火脆性的鋼構件回火時，溫度不能取在脆性溫度范圍內，通過這一溫度區間時應快冷。 筆記 PAGE5 焊接試驗 5.1試件的制備 用機械加工的方法制備100×150厚12（單位:mm）的65Mn、Q235鋼試件各一塊。如圖5-1示: 5.2焊前準備 1、焊前嚴格清理悍件表面的油污、水分、氧化鐵皮、鐵銹等雜物。 2、選用E4315焊條，焊前烘干350℃×2h。 5.3焊接規范 1、焊條直徑ф3.2、4.0。 2、電源種類與極性 直流反接。 3、焊接電流 100～130A（ф3.2） 140～180A（ф4.0）。 4、電弧電壓 24～25V（ф3.2） 25～27V（ф4.0）。 5、焊前預熱 150～200℃。 6、焊后熱處理 焊后200～350℃×2h回火。 5.4焊接操作 按圖示順序焊接，第一層用ф3.2焊條、焊接電流100～130A、電弧電壓24～25V,其余各層用ф4.0焊條、焊接電流140～180A、電弧電壓25～27V。焊接時，下一層焊縫的弧坑應避免出現在上一層的弧坑處。 5.5試驗分析 1、表面平均裂紋率 式中 —表面裂紋率（%）； —表面裂紋長度之和（mm）； —試驗焊縫長度（mm）。 2、根部平均裂紋率 式中 —根部裂紋率（%）； —根部裂紋長度之和（mm）； —試驗焊縫長度（mm）。 筆記 PAGE6 結論 經過焊接實踐驗證焊接可以得到滿足使用性能的優質焊縫，但是制訂焊接工藝時，由于其特殊的焊接性要求，生產中應特別注意一下幾個方面： 1、焊前預熱防止冷卻速度過快產生淬硬組織增加冷裂紋形成的傾向。 2、采用低氫型焊條并且嚴格烘干、保溫，減少擴散氫的含量，降低延遲裂紋形成的可能性。 3、擬訂合理焊接工藝參數 線能量過大易產生粗大的過熱組織，因晶粒粗化和難溶質點的溶解都使過冷奧氏體穩定性提高，得到馬氏體組織；線能量過小焊縫成形不良，冷卻過快內應力較大易產生冷裂紋源。焊接工藝參數的擬訂應根據焊條直徑和工人熟練程度確定出焊接電流、再確定電弧電壓、最后確定焊接速度。 4、按照工藝規范嚴格清理母材。 5、避免強力裝配，減少約束應力。 6、定位焊也應按照工藝規范施焊。 7、對質量要求相對嚴格的焊后應進行200～350℃×2h回火。實際生產中根據生產條件應多次試驗，最后得出符合現行條件的焊接工藝規范。 廣告佳位 虛位以待 |
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