特种用途钢先进焊接方法研究

摘 要 弹簧是现代机械设备和材料必不可少的零部件，而制造弹簧的65Mn钢是一种特殊用途钢，具有高的含碳量、高的热脆性等特点，因此焊接性能极差，这样大大影响了弹簧的使用性能。本文通过对手工电弧焊、钨极氩弧焊及激光焊接3种传统及现代焊接工艺的阐述和论证，比较了3种焊接工艺的个子特点及优缺点，为焊接65Mn钢提供了一项理论支撑。

关键字 特种用途钢；手工电弧；焊钨极氩弧焊；激光焊接

中图分类号TG4 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2014）123-0194-02

弹簧是现代交通运输、机械设备、仪器仪表不可或缺的重要零部件，它可以吸收冲击载荷，减少零部件损毁成都，例如，可以用于载货卡车、火车、轿车的减震器和板簧制造中，既可以保障车辆的行驶平稳，，保证货物不受到损坏，又可以吸收冲击载荷和振动，减少车辆零部件的损耗。

65Mn钢是一种典型的特殊用途钢，它是制造弹簧的主要重要材料，65Mn钢属于高碳，含碳量为0.2%～0.70%，具有高强度、高疲劳极限、高弹性极限等特点，但由于65Mn的高含碳量，其焊接性能较差，在焊接的时候，焊接接头的焊缝区容易出现热裂纹，热影响区容易出现粗大马氏体组织，导致焊接后组织粗大，抗拉强度差等特点[1]。所以焊接弹簧钢在国内外都属于一个难题。

目前，65Mn弹簧钢的主要焊接方法有：手工电弧焊、电渣焊、电阻焊、钨极氩弧焊、激光焊接等。本文通过对各种传统及先进焊接工艺的探讨，介绍一种焊接65Mn钢特殊用途钢的方法。

1 手工电弧焊

在传统的手工电弧焊工艺中，我们将被焊金属或材料称为焊件或母材，焊接电极为焊条和焊件。在进行焊接的时候，用高压电引燃电弧，电弧点燃后形成的高温，同时伴随着强大的吹力作用，可以使母材熔化，形成一个熔池，伴随着焊接电弧的不断向前移动，已经焊接好的熔池温度下降，冷却后熔池组织逐渐结晶形成焊缝，如图1所示。

图1 手工电弧焊示意图

手工电弧焊采用的焊条有J426、A302、J427等型号，焊缝表面覆盖的一层渣壳称为熔渣。焊条熔化末端到熔池表面的距离称为电弧长度。从焊件表面至熔池底部距离称为熔透深度。

在进行手工电弧焊之前，一般对焊接材料进行焊前预热，温度在300℃以上，预热宽度一般在焊缝两侧各50 mm的地方。焊接结束以后，一般将对焊接接头进行回火热处理，温度在350℃～400℃之间，然后再缓慢冷却热处理，以便减少焊缝的残余应力，防止出现过多的焊接裂纹而使焊接质量缺陷严重[2]。手工电弧焊焊接方式较为常见，但是该方式对焊接操作者技术水平要求高，劳动强度大，生产效率不高。

2 钨极氩弧焊（TIG）

钨极氩弧焊是先进的焊接方式，其主要原理是利用氩气等惰性气体作为的保护气体，防止焊缝金属在高温下发生氧化作用，在高压作用下，钨电极与焊接材料之间产生电弧， 电弧引燃后产生的高温高热熔化母材，同时在焊缝中填丝以增加焊缝的强度。焊接的同时，从焊枪喷嘴中喷出保护气体，在电弧周围形成气

图2 钨极氩弧焊示意图

体团使熔池及热影响区与空气隔绝开，防止其氧化，从而获得优质的焊接接头。钨极氩弧焊的优点在于设备简单、操作灵活方便、能进行全位置焊接适合焊接多种材料。缺点是生产效率低下，工作人员的劳动强度大[3]。

在应用方面，高伟教授（山东大学）对65Mn钢采用了钨极氩弧焊的方法成功进行了焊接工作。实验结果表明，当采用为大小为10A的电流进行钨极氩弧焊接的时候可形成外形质量较好的焊接接头，但硬度较高，脆性大。为了降低脆性和行都，可以后期热处理方式，具体方法为：对65Mn钢进行钨极氩弧焊接后，将工件加热到280℃，然后进行保温10min后，可获得较为理想的接头组织[4]。

3 激光焊接

激光焊接技术是目前焊接技术领域中比较先进的焊接方式，它的焊接原理是：将激光束照射到需焊接的金属材料上，由于激光束具有高的能量，能够瞬间将金属熔化，需要焊接的金属边缘熔化后进行彼此融合，冷却后连接到了一起[5]。

图3 激光焊接原理图

相对于传统的焊接方法来讲，激光焊接技术具有较大的优势。首先，激光焊接技术在进行焊接时热量输入较小，激光束离开焊接点后，焊缝温度迅速降低，所以焊缝的凝固过程很快，焊缝区和热影响区的晶粒细小；其次，激光焊接采用电脑进行控制，只要调整好了技术参数 ，便可以进行大批量焊接，所以焊接的效率高；最后，由于在进行激光焊接的时候，激光束细小，加热和熔化过程只局限在一个可控制的小范围，因此焊接热影响区校，焊件总的变形小。所以在进行以弹簧钢为代表的高碳钢时候有着较大的技术优势[6]。激光器发明后，西方发达国家尝试用激光焊接的工艺对高碳钢进行焊接，取得了一定的效果。贵州大学刘其斌教授利用TJ5000W CO2 激光器对65Мn钢薄片进行了焊接，并利用显微硬度仪、电子万能实验机、扫描电镜和X射线应力测定仪等段对激光焊接接头的组织和物理性能进行了测量，取得了较为理想的结果[7]。

可见，激光焊接技术确实是一种先进的焊接高碳钢的工艺，激光焊接技术的发明，为特殊用途钢的的焊接开创了一个新的局面。

参考文献

[1]崔忠圻.金属学与热处理[M].北京：机械工业出版社，2000.

[2]陈伯蠡.金属焊接性基础[M].北京：机械工业出版社，1982.

[3]王新洪.手工电弧焊，2007-07-01.

[4]高伟，刘镇昌，葛培其，王霖.65Мn钢丝的焊接[J].焊接，2002，10（5）：25-28.

[5]刘其斌.激光加工技术及其应用[M].北京：冶金工业出版社，2007.

[6]刘其斌，李宾.65Mn弹簧钢的激光焊接组织与性能[J].焊接学报，2009，30（9）：105-108.

[7]刘其斌，李宾.65Mn钢激光焊接组织与硬度研究.现代模具[J]，2008，40（5）：58-59.

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