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目前焊线钢开发品种已达百余种,最常用的合金钢焊线为H08Mn2SiA ,ER70S - 6 ,H08MnSiCrNiCu等。探讨这些焊线拉拔过程中断丝的原因,对焊丝生产厂家和焊线生产厂家降低成本、提高效益,均有积极的意义。
1 合金钢焊线断丝的冶金因素
焊线钢H08Mn2SiA ,ER70S - 6 ,H08MnSiCrNiCu属于低碳合金钢焊线系列。其凝固结晶过程应在包晶转变区域范围内。由于合金钢焊线中的合金含量较高,合金元素的扩散较慢,就可能造成严重的包晶偏析。
1.1 化学成分的合理性
根据笔者以往的数理统计研究表明:在焊线钢H08Mn2SiA 的化学成分控制方面, w (C) 应控制在0. 05 % , w (Si) 应控制在0. 80 %左右, w (Mn) 略高于下限1. 8 %。在焊线钢ER70S - 6 的化学成分控制方面, w (C) 应控制在略高于下限(0. 07 %) , w(Si) 应控制在0. 95 %左右,而w (Mn) 应取略高于下限(1. 45 %) 。在焊线钢H08MnSiCrNiCu 的化学成分控制方面, w (Cr) / w (Ni) 应尽可能大,而其中的w (Cu) 保持在0. 20 %左右。这样的焊线塑性最好,拉拔加工不易断丝。
1.2 内部组织的合理性
焊线的组织主要由铁素体和珠光体组成。珠光体由铁素体和渗碳体组成,渗碳体以细片状分散地分布在铁素体基体上,起到了强化作用,因此珠光体有较高的强度和硬度,但塑性较差。珠光体内的层片越细,则强度越高。渗碳体的硬度很高,但是极脆,不能使合金钢焊线的塑性提高。拉丝用的焊线要求抗拉强度低、塑性好,基体为含量较多、晶粒稍粗大的铁素体。合金钢焊线的塑性变形主要由铁素体来提供,因此,在合金钢焊线中铁素体组织的减少,将使合金钢焊线的塑性降低。
1.3 冶炼过程可能产生的缺陷
金属从浇铸温度至室温要经历3 个互相联系的阶段:液态收缩、凝固收缩、固态收缩。液态收缩和凝固收缩都表现为合金体积的缩小,它是铸件产生缩孔、疏松缺陷的基本原因。合金的固态收缩虽然也使体积变化,但它只引起铸件外部尺寸的变化,它是铸件产生内应力、变形和裂纹等缺陷的基本原因。
由于合金焊线钢浇铸温度较高,液态收缩较大,成坯后从低倍照片上就可看出铸坯中心出现缩孔、疏松等缺陷。由于合金焊线钢中含碳量较低,固态收缩较大,所以合金焊线钢易产生内应力、变形、中心裂纹等缺陷。
拉拔焊丝用线材吐丝温度要求较高(一般为900 ℃) ,而其冷却速度要求较慢,运输辊道速度为0.08 m/s ,保温罩盖全关,风机风量为0。这样才能使奥氏体分解在高温区进行,获得较粗大的奥氏体晶粒,可减少随后冷却相变时铁素体的形核率,同时在相变区进行缓慢冷却,并且分解转变时间较长。这有利于先共析铁素体的充分析出和长大,粗大的奥氏体转变为粗大的铁素体和少量的碳化物组织。
2 合金钢焊线的断口类型
由于焊线钢属软线,试样断口均为韧性断口,并产生不同程度的缩颈,端面一般呈灰暗色,缺乏光亮的金属光泽。
(1) 杯锥状和半杯锥状。钢丝的一端中部平坦形成杯底,周围高起形成杯壁,另一端则呈锥形。形成杯锥状断面的试样一般有较好的塑性。这是由于拉拔力过载造成的。
(2) 星芒状断面。星芒状与杯锥状断面近似,只是杯壁较矮较薄,杯底平坦部分有若干自中心向圆周辐射如光芒状的线条。具有此种断面的试样一般有很高的强度,塑性也好。
(3) 斜角形断面。这种断面两端均呈约45°的斜角,一般表明试样塑性较差,有时具有较严重的枝状组织。在拉丝过程中,因扭结、磨损受到剪切应力的作用而产生的断口。
(4) 层状或木纹状断口。层状或木纹状断口一般产生在横向试样上,表示试样有严重的显微偏析和带状组织,或有随加工方向延长的气泡、疏松,或有成串的夹杂存在。
(5) 不规则形状的断口。不规则形状的断口则表示试样有过热、严重疏松、夹杂、枝状组织或纵向裂缝等缺陷,表示试样本身质量较差。有时从断口上也可以发现试样中的内裂及大块夹杂等严重缺陷。
3 拉拔过程中影响焊丝断裂的因素
3.1 拉拔力的影响
拉拔力的大小是由压缩率、摩擦力、模具角度以及附加变形等因素来决定的。拉丝模变形区锥角的实际使用范围是5°～16°,在压缩率不变的情况下,角度过小和过大都会增大拉拔力。角度过小,焊丝与模壁的接触面大,增加了摩擦的阻力,也使拉拔力增大;角度过大,虽然焊丝与模壁的接触面小,减轻了摩擦阻力,但会使焊丝的变形过于急剧,附加应力增大,金属组织的晶粒分布不匀,造成力学性能下降,易产生断丝。
3.2 拉拔速度的影响
拉丝机高速起动容易造成焊丝断头,尤其是用一般电机驱动的水箱拉丝机拉拔焊丝时这种现象更突出。其原因:
(1) 高速起动时,焊丝要克服很大的静摩擦;
(2) 设备起动时,润滑剂尚未能很好地吸附到焊丝表面,起动时焊丝与模子间的摩擦系数较大;
(3) 开始拉拔时焊丝处于冷状态,其塑性的回复较正常运行时差。
加快拉拔速度会增大变形阻力,使拉拔温度升高。适当提高拉拔温度对焊丝的塑性变形是有利的,因为提高温度能够消除焊丝在拉拔过程中的部分硬化,有利于恢复塑性,还能使润滑剂很好地吸附到钢丝表面,提高润滑作用。但是,温度过高(250℃以上) 不但会破坏润滑膜,还会降低焊丝性能。
3.3 压缩率的影响
在拉拔过程中造成的冷加工硬化,会使焊丝的强度增加,屈服点提高,塑性下降。压缩率越大,冷硬的程度越严重,拉拔应力就随着压缩率的增加而加大,因此,在实际生产中,为了避免焊丝变形不均匀和断头,在配置拉丝模路线时,总是按拉拔道次的顺序逐步降低它的压缩率,以与焊丝拉拔过程的不断硬化相适应。
如果不考虑其它条件,一味地增加部分压缩率,会使塑性急剧下降,焊丝的拉拔力将大大增加。如果拉拔力超过了焊丝的强度,就会造成断丝。压缩率的使用范围要结合焊丝的含碳量、热处理方法、拉拔时的润滑情况和硬化程度等各方面因素来考虑,常用的部分压缩率在10 %～ 40 %之间。
3.4 残余应力的影响
焊丝拉拔过程中,焊丝在模内减径带受压,必然会产生反作用力,作用力方向与压力方向相反。这种反作用力在模内定径带没有得到充分消除,此残余应力将被带到下一道模内。这样反复的残余应力积累是导致焊丝在拉拔过程中产生中心破裂的原因之一。不规则残余应力的形成原因还有剥壳不干净且未经酸洗、焊丝表面处理质量差、润滑剂未被带入模内等。在这种情况下即使部分压缩率较小,也会产生残余应力集中,最终引起焊丝在拔制过程断裂
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