大规格高碳盘条焊接断裂原因分析.pdf

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1、第3 0 卷第2 期V 0 1 3 0N o 2金S t e e l属W i r e2 0 0 4 年4 月A p r i l2 0 0 4大规格高碳盘条焊接断裂原因分析罗卫(湖南湘辉金属制品有限公司湘潭4 1 1 1 0 1)摘要大规格高碳钢盘条焊接质量取决于盘条自身的焊接性能、焊接工艺及操作工的技术水平，其质量的好坏对企业的生产将产生直接影响。要提高对焊接质量，首先在冶炼时应尽量减少钢中铜的含量，使埘(c u)O 2 0，保证盘条的焊接性能，其次钢丝进行对焊时，应正确把握焊接温度，注重回火工艺的调整，并尽可能保护盘条表面润滑层，避免盘条表面损伤。关键词硬线；焊接；断裂；分析中图分类号T G

2、 3 5 6 2 1C a u s eA n a I y s i so fW e I d i n gB r i t U eF r a c t u r eo fT h i c kH i g hC a r b o nW i r eR o dL u OW e i(肌阮n 刚n 曲u iS 抛e f 阢r eP r o d sc o，儿d 刚。凡舻n4 1 11 0 1)A b s t r a c tT h ew e l d i n gq u a l i t yo ft h i c kh i g hc a r b o ns t e e lw i r er o dr e s t sw i t hw e

3、l d i n gp m p e I t yo fi t s e l f，w e l d i n gp m c e s sa n dt e c h n o l o g yl e v e lo fw e l d i n go p e r a t o r s，a n dt h a tt h ew e l d i n gq u a l i t yi sg o o do rn o ta f k c tt h ep r o d u c t i o no fe n t e 叩r i s e sd i r e c t I y I no r d e rt or a i s ew e l d i n gq u

4、a l i t y，t h ec o p p e rc o n t e n ti ns t e e lm u s tb er e d u c e dt ot h eg r e a t e s te x t e n ta ss m e l t6 r s t l y，t h em a s sf h c“o no fc o p p e ri sn om o r et h a n0 2 0p e r c e n tt oe n s u r et h ew e l d i n gp r o p e r t yo fw i r em d，a n ds e c o n d l y oc o n c r 0

5、1w e I 出n gt e m p e r a t u r ec o r r e c t l ya sw i r ei sw e l d e d，t op a ya t t e n t i o nt ot h ea d j u s t m e n to ft e m p e rp r o c e s s，t op r o t e c tt h el u b 蜘垴嗡抵dw i I eI o ds u 工 a c es o a st oa v o i ds u d a c ed a m n i 矗c a t i 衄o fw i I eI-o d K e y w o r d sh a r dw i

6、 r em d；w e l d i n g；f I a c t u r e；a n a l y s i s用于预应力钢丝、钢绞线生产的大规格高碳盘条，其焊接性能的好坏直接影响预应力制品生产厂的产品质量及产量，尤其影响高速拉丝机生产效率的发挥。影响盘条焊接性能的内在因素取决于盘条自身，而影响焊接质量的外在因素则是焊接工艺及操作水平，如对焊操作不正确、回火温度掌握不当、润滑层破坏、盘条表面损伤等。这些问题可通过必要的控制手段予以避免，本文就常见的几种焊接缺陷进行分析。1 焊接点断裂形态1 1剪切断口断口呈层状断裂，基本无塑性变形，在断口附近出现细小不规则裂纹，如图1 所示。1 2平齐断口断口宏观形

7、状平齐，断面呈深灰色，晶粒粗大，断口附近钢丝润滑层良好，无缩颈特征，如图2 所示。1 3 杯锥状断口万方数据3 2 金属制品第3 0 卷断口无明显缩颈，断口呈杯锥状，断口附近钢丝润滑层良好，如图3 所示。图3 杯锥状断口1 4 损伤断裂(1)横裂。在对焊接头附近横裂纹呈不连续分布，并垂直于线材拉拔方向，裂纹长短不一或呈点状分布于线材表面，润滑层破坏明显，表面无明显缩颈，如图4 所示。图4 横裂(2)点状损伤断裂。断裂处呈较明显的点状损伤，有时凭肉眼可见较轻微的点状损伤，断口有轻微的塑性变形，润滑层较好。2 产生原因及改进措施2 1剪切断口断裂一般发生在焊接区，断口通常呈层状断裂，同时出现细小不

8、规则裂纹，对裂纹处元素含量进行分析，认为此类断裂主要是由于铜偏析引起的。盘条生产厂家为了提高高碳钢盘条的强度，利用C u 的固溶强化作用，在冶炼过程中添加铜，或使用高铜含量废钢电炉冶炼时，使残存铜含量偏高(伽(C u)0 3 5)。在焊接过程中焊接加热温度高于1 1 0 0 屯，而铜的熔点为10 8 3，因此在焊接区再结晶过程中铜较易在先共析渗碳体晶界结晶，当局部铜的质量分数为0 5 0 6 时，盘条的冷形变性能恶化。为减小在焊接区铜的偏析，改善盘条的冷变形性能，需要降低钢中残存元素铜的含量。铜的质量分数应严格控制在0 2 以下，这在J I SG3 5 0 2 1 9 9 6 琴钢丝用盘条和Y

9、 B T1 4 6 1 9 9 8预应力钢丝及钢绞线用热轧盘条中均有具体的规定。2 2平齐断口该类断裂通常发生在焊接点，断口平齐，呈深灰色，晶粒粗大，断口附近润滑层良好，无缩颈特征。其原因主要与电焊机的调整有直接关系，如焊接加热温度、焊接顶锻力和顶锻行程等。(1)焊接加热温度。高碳盘条焊接温度一般应控制在10 5 0 12 0 0 旧J，碳的质量分数为0 7 时，焊接温度应控制在1 1 8 0 左右；碳的质量分数为0 8 时，焊接温度应控制在11 4 0 左右，焊接达到一定高温的目的主要是通过盘条的热塑性达到锻合焊接，但温度过高则发生过热甚至过烧，温度过低则不能锻合，焊接点达不到焊接性能要求，

10、在拉拔过程中出现平齐性断口。(2)焊接顶锻力。对焊盘条端部焊接头准备完后，焊接的电阻加热过程在一定的挤压力下进行，便于减小接触电阻，避免出现接触区过热过烧。尤其是最后的顶锻力宜稍大些，避免熔融或过热、过烧的金属残留在焊缝处，但是若顶锻力太大则会将高温金属全部挤压出来，焊接头再结晶不充分，造成该处焊接质量差，导致在拉拔过程中焊接点出现平齐断口。2 3 杯锥状断口通常脆性断裂杯锥状断口发生的主要原因是局部的碳偏析。碳含量处于共析点附近的高碳钢盘条在连续冷却时易产生网状渗碳体，在线材拉拔时，整体承受的变形不均匀而出现裂纹，随着变形不均匀的加剧，裂纹逐渐扩展，最终出现杯锥状断裂。操作工的焊接水平不高和

11、经验不足是产生此类缺陷的主要原因。为得到良好索氏体化焊接接头，适当的处理可避免此类断裂的发生。所采取的手段是在焊接后进行等温转变，将焊接区域反复多次通电加温至(7 5 0 5 0)，使其加热长度达到4 05 0m m，通过焊接接头两端钢丝和铜钳口的热传导及空气对流，使回火区温度降至5 5 0，再一次通电缓慢加热，并使焊接接头的温度保持一段时间(1 0s)，这样就可以使钢丝的组织等温转变成理想的索氏体组织o。焊接过程关键是焊接后的回火处理，在实际操万方数据第2 期罗卫：大规格高碳盘条焊接断裂原因分析3 3 作中应依据具体情况适当调整回火工艺。2 4 表面损伤断裂此类型断裂产生的主要原因是盘条表面

12、受到损伤，如出现横裂、点状损伤断裂。断裂主要出现在焊接区，其原因属于操作不当。(1)横裂。裂纹在焊缝附近不连续分布，垂直于线材轴向，长度不一，且该区域钢丝表面明显发亮，露出金属基体。产生横裂的原因是拉拔时润滑不良，钢丝与拉丝模直接摩擦所致。为顺利地实现焊接，在盘条的对焊操作中通常进行焊接接头准备，将待焊盘条头部进行清理，使接触面尽量平整，并用砂轮去除焊接段的磷化层，使待焊接盘条与铜钳口之间的接触电阻尽可能减小。而在焊接接头去除磷化层的操作中，若长度过长或操作不当，在后续的拉拔中则会造成该处润滑不良，钢丝与拉丝模直接接触，极易使钢丝表面出现横裂。避免横裂的产生主要取决于操作工的经验和水平，在操作

13、过程中应尽可能减少润滑层的损失，在焊接头准备中应引起足够的重视，同时可采取一些补救措施减少横裂的产生。(2)点状损伤断裂。此类断裂与横裂的宏观断口形貌类似，但点状损伤断裂润滑良好，肉眼可见线材表面点状损伤。在焊接操作过程中钢丝通过铜钳口获得焊接电流，若钢丝表面、铜钳口不清洁或夹持力不够，就会造成接触不良，产生的电弧有可能击伤钢丝，使钢丝在拉拔过程中出现断裂。其原因一是钢丝损伤处应力集中，二是电弧击伤处温度高，达到奥氏体转变温度，随后的冷却过程中，温度梯度大，冷却迅速，较易生成马氏体组织。避免损伤断裂关键是保持钳口清洁，定期清理钳口，并保证钳口夹持紧固。3 结语大规格硬线盘条焊接断裂主要原因是盘

14、条自身质量(如组织异常，成分偏析)及焊接工艺(对焊操作不当、回火不正确、润滑层破坏、电弧击伤)，为此可采取以下改进措施：(1)降低钢中铜的质量分数，使埘(c u)0 2 0，改善盘条焊接性能。(2)正确调整焊接时的焊接温度、顶锻力及顶锻行程，发现不良焊接头应剪断重新焊接；(3)注重回火工艺的调整，依据不同生产厂的盘条，适当调整回火工艺，保证良好的索氏体组织；(4)保证盘条表面润滑层良好，定期清理钳口，确保良好的钳口接触，避免盘条表面损伤。参考文献1 宋维锡金属学 M 北京：冶金工业出版社，1 9 8 0 4 1 42 韩观昌，程皖钢丝生产工艺和设备(下)M 北京：北京科技大学出版社，1 9 8

15、 8 9 9 1 0 0(收稿日期：2 0 0 3 1 1 2 6)作者简介罗卫1 9 7 0 年生，湖南湘辉金属制品有限公司工程师。沙钢成功开发冷镦钢1 5 M n C r N i C u 热轧圆钢新品江苏沙钢集团成功开发出了一种低强度的耐腐蚀冷镦合金结构钢种1 5 M n C r N i C u 热轧圆钢产品。这是沙钢继成功开发s W R c H 冷镦钢系列后的又一冷镦钢新品。冷镦钢又称铆螺钢或冷顶锻用钢，主要用于制造螺栓、螺钉和螺母等紧固件，应用范围广。按照冷镦用钢的特性，采用冷镦的方法生产标准件，其变形速度快、变形程度大、变形不均匀，且标准件成型后，需进行热处理和表面处理，同时在服役期间要承受各种应力，所以要求冷镦钢必须具备较好的表面质量和内在质量。为进一步提高冷镦钢性能，沙钢钢研所进行了有效探索，并严格控制从冶炼到轧制生产各环节的工艺操作。经沙钢中心试验室分析检验，该品种的质量达到了技术协议的要求。沙钢开发的这种冷镦钢热轧圆钢主要用于生产T 型螺栓、螺母，专用于地下或腐蚀性较强区域的管道连接处。万方数据