本發(fā)明涉及一種確定16mn鋼焊接工藝參數(shù)的方法。
背景技術(shù)：
16mn鋼焊接性：材料焊接性的概念有兩個方面的含義：一是材料在焊接加工中是否容易形成接頭或產(chǎn)生缺陷；二是焊接完成的接頭在一定的使用條件下可靠運(yùn)行的能力。低合金鋼的化學(xué)成分和力學(xué)性能如下表2.1和表2.2所示，而16mn鋼的焊接性則主要表現(xiàn)為裂紋和接頭脆化問題。
表2.116mn鋼的化學(xué)成分(wt.％)
表2.216mn鋼的力學(xué)性能
冷裂紋及影響因素
16mn鋼含有少量的合金元素，碳當(dāng)量比較低，一般情況下(除環(huán)境溫度很低或鋼板厚度很大時)冷裂傾向不大。結(jié)合碳當(dāng)量的計算公式：
上述碳當(dāng)量公式用得相當(dāng)普遍，一般認(rèn)為ce≤0.4％是，鋼材在焊接過程中基本無淬硬傾向，冷裂敏感性小。屈服強(qiáng)度為294～392mpa熱軋鋼碳當(dāng)量一般都小于0.4％，焊接性良好，除鋼板厚度很大和環(huán)境溫度很低等情況外，一般不需要預(yù)熱和嚴(yán)格控制焊接熱輸入。
熱裂紋、消除應(yīng)力裂紋及影響因素：從表2.1可以看出，16mn鋼的含碳量較低，而mn含量較高，因此wmn/ws能達(dá)到要求，具有較好的抗熱裂性能，焊接過程中的熱裂紋傾向較小，正常情況下焊縫中不會出現(xiàn)熱裂紋。
熱影響區(qū)脆化：16mn鋼焊接的主要問題還是熱影響區(qū)脆化，其中包括了粗晶區(qū)脆化和熱應(yīng)變脆化。粗晶區(qū)脆化是由于鋼材被加熱到1200℃以上，熱影響區(qū)過熱區(qū)的溫度很高接近于熔點(diǎn)，因此產(chǎn)生了奧氏體晶粒的顯著長大和一些難溶質(zhì)點(diǎn)的溶入等過程，這些過程直接影響到過熱區(qū)性能的變化。
co2氣體保護(hù)電弧焊應(yīng)用十分廣泛，采用不同的焊接參數(shù)對16mn鋼焊接熱影響區(qū)尺寸及其性能有重大意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種確定16mn鋼焊接工藝參數(shù)的方法，并根據(jù)確定的焊接工藝參數(shù)進(jìn)行16mn鋼焊接，提高生產(chǎn)率，降低成本。
本發(fā)明16mn鋼焊接的工藝，包括：鋼焊工藝參數(shù)的確定以及co2氣體保護(hù)電弧焊；
所述的焊接工藝參數(shù)確定包括：
準(zhǔn)備若干16mn鋼基體、若干根焊絲；
分別預(yù)設(shè)連續(xù)焊、脈沖焊的各5組不同工藝參數(shù)，分別進(jìn)行16mn鋼基體和焊絲的焊接，所述的焊接工藝參數(shù)包括：焊接電流、電弧電壓、焊接速度；
其中，連續(xù)焊：5組不同的工藝參數(shù)分別為：第一組：焊接電流100a、電弧電壓24.5v、焊接速度40cm·min-1；第二組：焊接電流130a、電弧電壓25.6v、焊接速度40cm·min-1；第三組：焊接電流160a、電弧電壓27.0v、焊接速度40cm·min-1；第四組：焊接電流160a、電弧電壓27.0v、焊接速度30cm·min-1；第五組：焊接電流160a、電弧電壓27.0v、焊接速度50cm·min-1；
脈沖焊：5組不同的工藝參數(shù)分別為：第一組：焊接電流125a、電弧電壓25.4v、焊接速度40cm·min-1；第二組：焊接電流163a、電弧電壓27.4v、焊接速度40cm·min-1；第三組：焊接電流200a、電弧電壓29.5v、焊接速度40cm·min-1；第四組：焊接電流200a、電弧電壓29.5v、焊接速度30cm·min-1；第五組：焊接電流200a、電弧電壓29.5v、焊接速度50cm·min-1；其中，所述脈沖焊焊接電流為峰值電流，基值電流為峰值電流的60％；脈沖焊的上升段時間為0.1s，加載段時間為0.2s，下降段時間0.1s，維弧段時間為0.3s；
分別對不同焊接參數(shù)焊接的16mn鋼基體進(jìn)行焊縫大小分析、母材組織分析、焊縫組織分析、熔合區(qū)組織分析、熱影響區(qū)寬度分析、硬度測試分析；
根據(jù)上述分析結(jié)果確定co2氣體保護(hù)電弧焊的焊接方法為采用脈沖焊，焊接工藝參數(shù)為：焊接電流200a、電弧電壓29.5v、焊接速度40cm·min-1；所述脈沖焊焊接電流為峰值電流，基值電流為峰值電流的60％；脈沖焊的上升段時間為0.1s，加載段時間為0.2s，下降段時間0.1s，維弧段時間為0.3s；
所述的co2氣體保護(hù)電弧焊包括：焊接過程，在焊機(jī)上分別設(shè)定好連續(xù)焊焊接工藝參數(shù)，在焊絲與焊件之間產(chǎn)生電?。缓附z被電弧融化形成熔滴并進(jìn)入熔池；co2氣體經(jīng)噴嘴噴出，包圍電弧和熔池，起著隔離空氣和保護(hù)焊接金屬的作用。
進(jìn)一步地，所述的16mn鋼基體為是長×寬×高＝200mm×20mm×4mm的鋼板。
進(jìn)一步地，所述的焊絲為h08mn2si，焊絲直徑為1mm的焊絲，焊嘴直徑1.2mm。
進(jìn)一步地，焊前采用角向磨光機(jī)將16mn鋼基體表面的氧化物、油污雜質(zhì)清除干凈直至露出金屬光澤。
進(jìn)一步地，所述的焊接工藝參數(shù)確定中，分別進(jìn)行16mn鋼基體和焊絲的焊接時，焊絲伸長度均為10mm，co2氣體流量均為15l·mm-1。
借由上述方案，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1、焊接熱影響區(qū)尺寸主要受焊接電流和焊接速度的影響。隨著焊接電流的增大、焊接速度的減小，焊接熱影響區(qū)尺寸逐漸增大。
2、試樣焊接接頭的焊縫金屬硬度略高于母材，在熱影響區(qū)的硬度值最高?？拷覆牡挠捕戎涤兴陆?。
3、等效電流強(qiáng)度下，連續(xù)焊焊接接頭顯微硬度值大于脈沖焊時的相應(yīng)值；
4、與連續(xù)焊接電流的比較，采用脈沖電流co2氣體保護(hù)電弧焊焊接16mn，得到的焊接接頭焊縫形狀更合理，焊接熱影響區(qū)尺寸更小，顯微硬度更低。
上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。
附圖說明
圖1是本發(fā)明焊接接頭顯微硬度曲線。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
本發(fā)明16mn鋼焊接的工藝，包括：鋼焊工藝參數(shù)的確定以及co2氣體保護(hù)電弧焊；
所述的焊接工藝參數(shù)確定包括：
準(zhǔn)備若干16mn鋼基體、若干根焊絲；
分別預(yù)設(shè)連續(xù)焊、脈沖焊的各5組不同工藝參數(shù)，分別進(jìn)行16mn鋼基體和焊絲的焊接，所述的焊接工藝參數(shù)包括：焊接電流、電弧電壓、焊接速度；
其中，連續(xù)焊：5組不同的工藝參數(shù)分別為：
表2.4co2氣體保護(hù)電弧焊工藝參數(shù)(連續(xù)焊)
脈沖焊：5組不同的工藝參數(shù)分別為：
表2.5co2氣體保護(hù)電弧焊工藝參數(shù)(脈沖焊)
(注,表中所示脈沖焊焊接電流為峰值電流，基值電流為峰值電流的60％)
用粗砂紙將焊好的式樣表面的雜物打理干凈，然后對焊縫外觀形貌進(jìn)行觀察分析。相比較之下，連續(xù)焊的焊縫比脈沖焊的焊縫粗大，焊縫更加光滑。
分析認(rèn)為，co2為多原子氣體，熔滴過渡受到的阻力大于熔滴重力，熔滴在脫離焊絲之前就發(fā)生了偏離甚至上翹。熔滴脫離焊絲之后，一般不能沿焊絲軸向過渡，形成非軸向過渡。動特性不佳時，短路過渡將伴隨大量的金屬飛濺，過渡過程的穩(wěn)定性被破壞，影響焊接質(zhì)量，浪費(fèi)焊接材料，惡化勞動條件。
金相分析:制備好金相試樣后用olympus-tokyo型金相顯微鏡進(jìn)行觀察。
(1)母材組織分析:熱軋狀態(tài)下的16mn鋼為典型的白色鐵素體+黑色珠光體的帶狀組織。這種帶狀組織是在熱加工時沿著變形方向形成的。
(2)焊縫組織分析：試樣a1焊縫中含有有晶界鐵素體，針狀鐵素體，珠光體，側(cè)板條鐵素體。試樣a2含有珠光體、側(cè)板條狀鐵素體、大量的晶界鐵素體及少量的針狀鐵素體。試樣a3含有大量的晶界先共析鐵素體、側(cè)板條鐵素體及魏氏組織。
(3)熔合區(qū)組織分析：熔合區(qū)是焊縫區(qū)和熱影響區(qū)之間的過度區(qū)域。試樣b1、b2、b3不同熱輸入下的熔合區(qū)，在此兩邊是焊縫和過熱區(qū)，他們之間的性能相差特別大，且熔合區(qū)具有明顯的物理、化學(xué)、組織、性能不均勻性，故熔合區(qū)是焊接接頭的薄弱區(qū)之一。
(4)熱影響區(qū)組織分析：過熱區(qū)組織：過熱區(qū)是由于受熱循環(huán)溫度的影響，在1200℃左右，造成組織嚴(yán)重過熱而形成的。試樣a1過熱區(qū)晶粒較粗大，有少量馬氏體產(chǎn)生；試樣a2過熱區(qū)有少量的魏氏組織產(chǎn)生；試樣a3有較多的魏氏組織產(chǎn)生。焊后空冷的材料呈現(xiàn)的組織是馬氏體、碳化物及黑色組織，一側(cè)為由鐵素體和珠光體組成的魏氏體，而針狀的鐵素體分布在珠光體內(nèi)。其形成的原因可能是在焊接時由于焊接溫度高于淬火溫度，所以在焊縫附近產(chǎn)生了淬火組織，出現(xiàn)了大小不均勻的奧氏體晶粒。黑色組織形成的主要原因是由于在焊接過程中的脫碳，使得脫碳部位在高溫短時間加熱和空冷條件下不能轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w而轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，故由于過熱而呈魏氏組織。
正火區(qū)組織：正火區(qū)組織是由均勻而細(xì)小的鐵素體和珠光體組成。當(dāng)16mn鋼加熱到ac3以上稍高的溫度時，會發(fā)生重結(jié)晶，即鐵素體和珠光體全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。由于焊接加熱速度較快，臨界點(diǎn)ac1,ac3上升較多，組織全部奧氏體化，但奧氏體晶粒又未長大，并且在達(dá)到峰值溫度后連續(xù)冷卻實(shí)現(xiàn)完全重結(jié)晶，得到均勻細(xì)小的鐵素體和珠光體組織，這種組織相當(dāng)于熱處理時的正火組織。由于具有比母材區(qū)的更細(xì)小均勻的組織，因此這個區(qū)域性能比較好，甚至超過母材的性能。
試樣a1、試樣a2和試樣a3焊縫的熔深、熔寬及余高都增大，其原因?yàn)椋阂?、隨著焊接電流增加，作用在焊件上的電弧力增加，電弧對焊件的熱輸入增加，熱源位置下移，有利于熱量向熔池深度方向傳導(dǎo)，使熔深增大。二、隨著焊接電流增加導(dǎo)致焊絲溶化速度增加，焊絲熔化量近似成正比的增多，而熔寬增加較少，故焊縫余高增大。三、隨著焊接電壓增加，而使電弧長度增加，導(dǎo)致電弧熱源半徑增大，電弧散熱增加，輸入焊件的能量密度減小，因此熔深略有減小而熔寬增大。
熱影響區(qū)寬度：在維氏顯微硬度試驗(yàn)機(jī)上，利用旋動距離鼓輪并觀察目鏡視野中的圖像由熔合區(qū)變化到金屬母材是旋動的距離來測定焊縫熱影響區(qū)寬度。
表3.1連續(xù)焊焊縫熱影響區(qū)尺寸
表3.2脈沖焊焊縫熱影響區(qū)尺寸
由表3.1和表3.2可以看出連續(xù)焊時，a1到a3焊接電流逐漸增大，其他焊接參數(shù)相同，其焊接熱影響區(qū)尺寸逐漸增大，b1到b3的熱影響區(qū)尺寸也逐漸增大；a5到a3再到a4的焊接速度逐漸減小，其他焊接參數(shù)相同，其焊接熱影響尺寸逐漸增大，b5到b3再到b4的熱影響區(qū)尺寸也逐漸增大。
相同焊接參數(shù)情況下，脈沖焊焊縫熱影響區(qū)尺寸小于連續(xù)焊焊縫熱影響區(qū)尺寸。由于脈沖焊時維弧時間相對連續(xù)焊時的時間短，因而焊接時輸入的能量相對連續(xù)焊要少，焊接線能量小，所以焊接熱影響區(qū)尺寸相對要小些。
在維氏顯微硬度試驗(yàn)機(jī)上分別測試連續(xù)焊試樣a3和脈沖焊試樣b3焊后的試樣各個區(qū)域的顯微硬度。
由焊接接頭顯微硬度曲線圖可知，母材硬度值最低，而兩組試樣焊接接頭的焊縫金屬硬度略高于母材或與母材基本相同，相差很小，在熱影響區(qū)的硬度值最高，比母材和焊縫金屬的硬度高出許多，但是隨著與母材的靠近其硬度值有所下降。因此從硬度方面來看，熱影響區(qū)值最高，塑性和韌性便最差。
從圖1中還可以看出，連續(xù)焊試樣的各部分顯微硬度均大于脈沖焊試樣的顯微硬度值，這是由于脈沖焊焊接時使用的是脈沖電流，維弧時間相對連續(xù)焊時的時間短，因而焊接時輸入的能量相對連續(xù)焊要少，焊接線能量小，所以金屬組織在焊接時接收的熱量相對要少些，焊接后組織受熱發(fā)生的變化要小些。連續(xù)焊焊接時線能量相對較高，焊接是輸入的熱量較多，金屬組織由于受到高溫然后冷卻，形成了粗大的組織。
根據(jù)上述分析結(jié)果確定co2氣體保護(hù)電弧焊的焊接方法為采用脈沖焊，焊接工藝參數(shù)為：焊接電流200a、電弧電壓29.5v、焊接速度40cm·min-1；所述脈沖焊焊接電流為峰值電流，基值電流為峰值電流的60％；脈沖焊的上升段時間為0.1s，加載段時間為0.2s，下降段時間0.1s，維弧段時間為0.3s；
所述的co2氣體保護(hù)電弧焊包括：焊接過程，在焊機(jī)上分別設(shè)定好連續(xù)焊焊接工藝參數(shù)，在焊絲與焊件之間產(chǎn)生電??；焊絲被電弧融化形成熔滴并進(jìn)入熔池；co2氣體經(jīng)噴嘴噴出，包圍電弧和熔池，起著隔離空氣和保護(hù)焊接金屬的作用。
進(jìn)一步地，所述的16mn鋼基體為是長×寬×高＝200mm×20mm×4mm的鋼板。
進(jìn)一步地，所述的焊絲為h08mn2si，焊絲直徑為1mm的焊絲，焊嘴直徑1.2mm。
進(jìn)一步地，焊前采用角向磨光機(jī)將16mn鋼基體表面的氧化物、油污雜質(zhì)清除干凈直至露出金屬光澤。
進(jìn)一步地，所述的焊接工藝參數(shù)確定中，分別進(jìn)行16mn鋼基體和焊絲的焊接時，焊絲伸長度均為10mm，co2氣體流量均為15l·mm-1。
1.焊絲直徑的選擇選用直徑1mm的焊絲，焊嘴直徑1.2mm。
2.焊接電流的選擇焊接電流的作用是熔化焊絲和工件，同時也是決定熔深的最主要因素。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，并不用于限制本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。