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(jié)構(gòu)很少采用該異種鋼結(jié)構(gòu)，因此其焊接生產(chǎn)量較少，并且大多是短焊縫，生產(chǎn)中多采用焊條電弧焊。
焊接材料的選擇
在65Mn-Q235異種鋼焊接構(gòu)件中，65Mn鋼一般是滿足高硬度、耐磨的要求，其強(qiáng)度不作為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，而是以Q235鋼的強(qiáng)度為設(shè)計(jì)強(qiáng)度。因此，在選擇焊接材料時(shí)，應(yīng)以Q235鋼為依據(jù)。
但是65Mn鋼容易因?yàn)閿U(kuò)散氫含量高而導(dǎo)致延遲裂紋，所以選擇焊接材料時(shí)還應(yīng)該選擇低氫型的。另外，根據(jù)異種鋼焊接時(shí)，不同強(qiáng)度級別碳鋼的焊接材料選擇要點(diǎn)，一般要求焊縫金屬或接頭的強(qiáng)度不低于兩種被焊金屬的最低強(qiáng)度，選用的焊條熔敷金屬的強(qiáng)度能保證焊縫及接頭的強(qiáng)度，不低于強(qiáng)度較低側(cè)母材的強(qiáng)度。
同時(shí)焊縫金屬的塑性和沖擊韌性，不低于強(qiáng)度較高而塑性較差一側(cè)母材的性能。因此，可按兩者之中強(qiáng)度級別較低的鋼材選用焊接材料，為了防止焊接裂紋，應(yīng)按強(qiáng)度級別較高，焊接性較差的鋼種確定焊接工藝。
根據(jù)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(yīng)按規(guī)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(shè)計(jì)要求。
筆記
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接頭形式及坡口設(shè)計(jì)
由前面分析，因?yàn)?5Mn、Q235兩種鋼的化學(xué)成分、物理性質(zhì)等方面有較大的差異，這就導(dǎo)致了焊接時(shí)有較大的內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生，所以65Mn-Q235異種鋼焊接接頭的設(shè)計(jì)，應(yīng)盡量避開較大內(nèi)應(yīng)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(chǎn)率，同時(shí)還應(yīng)考慮母材的厚度�？梢詤⒄毡�4-2進(jìn)行確定。
筆記
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焊接參數(shù)的選擇
4.1焊條直徑
焊條直徑可根據(jù)焊件厚度、接頭型式、焊縫位置、焊道層次等因素進(jìn)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(shí)所選用焊條直徑應(yīng)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(xì)焊條。焊條直徑與厚度的關(guān)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(shù)，它的大小直接影響焊接質(zhì)量及焊縫成形。當(dāng)焊接電流過大時(shí)，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(dāng)焊接電流過小時(shí)，焊縫窄而高，熔池淺，熔合不良，會產(chǎn)生未焊透、夾渣等缺陷。選擇焊接電流大小時(shí)，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(huán)境溫度低時(shí)，焊接電流應(yīng)大些；平焊位置焊接時(shí)，可選擇偏大些的焊接電流；橫焊和立焊時(shí)，焊接電流應(yīng)比平焊位置電流小10%——15%，仰焊時(shí)，焊接電流應(yīng)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(shí)，為了保證背面焊道質(zhì)量和便于操作，應(yīng)使用較小電流；焊填充焊道時(shí)，為了提高效率，可使用較大的焊接電流；蓋面焊時(shí)，為了防止出現(xiàn)焊接缺陷，應(yīng)選用稍小電流。
d.當(dāng)使用堿性焊條時(shí)，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(dāng)電弧長度是焊條直徑的0.5——1.0倍時(shí)，稱為短�。划�(dāng)電弧長度大于焊條直徑時(shí)，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(dāng)焊接速度太慢時(shí)，焊縫高而寬，外形不整齊，易產(chǎn)生焊瘤等缺陷；當(dāng)焊接速度太快時(shí)，焊縫窄而低，易產(chǎn)生未焊透等缺陷。在實(shí)際操作中，應(yīng)要把具體情況靈活掌握，以確保焊縫質(zhì)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(shí)，由焊接能源輸入給單位長度焊縫上的能量。其計(jì)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(shù)；
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(zhì)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(yàn)來確定線能量的范圍，再根據(jù)線能量范圍確定焊接工藝參數(shù)。
4.6焊接層數(shù)
當(dāng)焊件較厚時(shí)，要進(jìn)行多層焊或多層多道焊。多層焊時(shí)，后一層焊縫對前一層焊縫有熱處理作用，能細(xì)化晶粒，提高焊縫接頭的塑性。因些對于一些重要結(jié)構(gòu)，焊接層數(shù)多些好，每層厚度最好不大于4——5mm。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)每層厚度為焊條直徑的0.8——1.2倍時(shí)，焊接質(zhì)量最好，生產(chǎn)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(jìn)行的焊接操作，俗稱點(diǎn)固焊。定位焊所形成的斷續(xù)而又短小的焊縫稱為定位焊縫。在焊接結(jié)構(gòu)的制造過程中，幾乎所有零部件均先通過定位焊進(jìn)行組裝，然后再焊成一體，因而定位焊的質(zhì)量將影響焊縫質(zhì)量以至整個產(chǎn)品質(zhì)量，應(yīng)引起足夠的重視。
進(jìn)行定位焊時(shí)應(yīng)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(jié)構(gòu)中，因而定位焊所用焊條應(yīng)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(gòu)件上，定位焊縫應(yīng)對稱排列；避免在焊件的端部、角度等容易引起應(yīng)力集中的地方進(jìn)行定位焊，不能在焊縫交叉處或焊縫方向發(fā)生急劇變化的地方進(jìn)行定位焊，通常至少應(yīng)離開這些地方50mm。
4.7.3、定位焊縫尺寸 一般根據(jù)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
焊件厚度
定位焊縫高度
定位焊縫
長度
定位焊縫間距
�。�4
�。�4
5——10
50——100
4——12
3——6
10——20
100——200
�。�12
�。�6
15——30
200——300
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(yīng)比正式焊縫電流大10%——15%。
2）定位焊起弧和結(jié)尾處應(yīng)圓滑過渡，焊道不能太高，必須保證熔合良好，以防產(chǎn)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(xiàn)接口不齊平，應(yīng)進(jìn)行校正，然后才能正式焊接。
4）盡量避免強(qiáng)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(shí)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(zhǔn)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(shí)更不能得到滿足。另外火焰切割不能避免氧化皮產(chǎn)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(yīng)先將其退火然后機(jī)械加工。Q235鋼也盡量采用機(jī)械加工，以保證裝配精度。對于坡口兩側(cè)5——7cm范圍內(nèi)的氧化鐵皮、鐵銹、油污、水等雜物應(yīng)清理干凈，以免焊接產(chǎn)生氫不利于焊接。
6焊前預(yù)熱
重要構(gòu)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(yù)熱。焊前預(yù)熱的主要作用如下：
1、預(yù)熱能減緩焊后的冷卻速度，有利于焊縫金屬中擴(kuò)散氫的逸出，避免產(chǎn)生氫致裂紋。同時(shí)也減少焊縫及熱影響區(qū)的淬硬程度，提高了焊接接頭的抗裂性。
2、預(yù)熱可降低焊接應(yīng)力。均勻地局部預(yù)熱或整體預(yù)熱，可以減少焊接區(qū)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(yīng)力，另一方面，降低了焊接應(yīng)變速率，有利于避免產(chǎn)生焊接裂紋。
3、預(yù)熱可以降低焊接結(jié)構(gòu)的拘束度，對降低角接接頭的拘束度尤為明顯，隨著預(yù)熱溫度的提高，裂紋發(fā)生率下降。
預(yù)熱溫度和層間溫度的選擇不僅與鋼材和焊條的化學(xué)成分有關(guān)，還與焊接結(jié)構(gòu)的剛性、焊接方法、環(huán)境溫度等有關(guān)，應(yīng)綜合考慮這些因素后確定。另外，預(yù)熱溫度在鋼材板厚方向的均勻性和在焊縫區(qū)域的均勻性，對降低焊接應(yīng)力有著重要的影響。
局部預(yù)熱的寬度，應(yīng)根據(jù)被焊工件的拘束度情況而定，一般應(yīng)為焊縫區(qū)周圍各三倍壁厚，且不得少于150-200毫米。如果預(yù)熱不均勻，不但不減少焊接應(yīng)力，反而會出現(xiàn)增大焊接應(yīng)力的情況。65Mn-Q235異種鋼焊接時(shí)，65Mn、Q235兩種鋼都應(yīng)預(yù)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(shí)，進(jìn)行的低溫?zé)崽幚�。一般�?guī)范為加熱到200——350℃，保溫2——6小時(shí)。焊后消氫處理的主要作用是加快焊縫及熱影響區(qū)中氫的逸出，對于防止焊接時(shí)產(chǎn)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(gòu)件本身產(chǎn)生拘束或外加拘束，在焊接工作結(jié)束后，在構(gòu)件中總會產(chǎn)生焊接應(yīng)力。焊接應(yīng)力在構(gòu)件中的存在，會降低焊接接頭區(qū)的實(shí)際承載能力，產(chǎn)生塑性變形，嚴(yán)重時(shí)還會導(dǎo)致構(gòu)件的破壞。
消應(yīng)力熱處理是使焊好的工件在高溫狀態(tài)下，其屈服強(qiáng)度下降，來達(dá)到松弛焊接應(yīng)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(nèi)，緩慢加熱到一定溫度，然后保溫一段時(shí)間，最后在空氣中或爐內(nèi)冷卻。
用這種方法可以消除80%-90%的焊接應(yīng)力。另一種方法是局部高溫回火，即只對焊縫及其附近區(qū)域進(jìn)行加熱，然后緩慢冷卻，降低焊接應(yīng)力的峰值，使應(yīng)力分布比較平緩，起到部分消除焊接應(yīng)力的目的。
異種鋼在進(jìn)行焊后熱處理時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
1、當(dāng)焊件中有強(qiáng)烈淬火傾向的珠光體材料時(shí)，焊后應(yīng)立即進(jìn)行回火。
2、為了防止焊接變形，焊前預(yù)熱的焊件裝爐溫度不得高于350℃；焊后立即進(jìn)行回火的焊接構(gòu)件裝爐溫度不低于450。
3、升溫速度取決于被焊鋼材的化學(xué)成分、焊件類型和壁厚、加熱爐功率等因素�？筛鶕�(jù)焊件厚度δ，按200×25／δ(℃／h)計(jì)算。當(dāng)焊件厚度＞25mm時(shí)，回火的升溫速度應(yīng)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(jìn)行局部回火時(shí)，應(yīng)保證焊縫兩側(cè)有均勻的加熱寬度。
6、為消除構(gòu)件的熱應(yīng)力和變形，冷卻速度應(yīng)小于200℃／h或小于200×25／δ(℃／h)。（當(dāng)焊件厚度δ＞25時(shí)）。有回火脆性的鋼構(gòu)件回火時(shí)，溫度不能取在脆性溫度范圍內(nèi)，通過這一溫度區(qū)間時(shí)應(yīng)快冷。
筆記
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焊接試驗(yàn)
5.1試件的制備
用機(jī)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(zhǔn)備
1、焊前嚴(yán)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(guī)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(yù)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(shí)，下一層焊縫的弧坑應(yīng)避免出現(xiàn)在上一層的弧坑處。
5.5試驗(yàn)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(yàn)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(yàn)焊縫長度（mm）。
筆記
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結(jié)論
經(jīng)過焊接實(shí)踐驗(yàn)證焊接可以得到滿足使用性能的優(yōu)質(zhì)焊縫，但是制訂焊接工藝時(shí)，由于其特殊的焊接性要求，生產(chǎn)中應(yīng)特別注意一下幾個方面：
1、焊前預(yù)熱防止冷卻速度過快產(chǎn)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(yán)格烘干、保溫，減少擴(kuò)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(shù) 線能量過大易產(chǎn)生粗大的過熱組織，因晶粒粗化和難溶質(zhì)點(diǎn)的溶解都使過冷奧氏體穩(wěn)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(nèi)應(yīng)力較大易產(chǎn)生冷裂紋源。焊接工藝參數(shù)的擬訂應(yīng)根據(jù)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(guī)范嚴(yán)格清理母材。
5、避免強(qiáng)力裝配，減少約束應(yīng)力。
6、定位焊也應(yīng)按照工藝規(guī)范施焊。
7、對質(zhì)量要求相對嚴(yán)格的焊后應(yīng)進(jìn)行200——350℃×2h回火。實(shí)際生產(chǎn)中根據(jù)生產(chǎn)條件應(yīng)多次試驗(yàn)，最后得出符合現(xiàn)行條件的焊接工藝規(guī)范。
