山东大学(济南市 260061) 

摘　要： 采用钨极氩弧焊的方法对φ0.7 mm的65Mn钢丝进行了焊接试验研究。研究表明：当焊接电流为10 A时可以得到外形完美的柱状焊接接头，但接头非常脆硬。采用加热温度280℃，保温10 min的后热工艺可以大大降低接头脆性及硬度。处理后的焊接接头抗拉强度最高达1 370 MPa，并且有优良的疲劳强度。因此，若在焊好的环形钢丝上镀敷以金刚石磨料，有可能使之成为一种高效的切割工具。
关键词： 氩弧焊 65Mn钢丝
WELDING OF 65Mn STEEL WIRE
Shandong University Gao Wei, Liu Zhencang, Ge Peiqi, Wang Lin

Abstract The welding test of 65Mn steel wire whose diameter is 0.7 mm is carried out using argon tungsten arc welding method in this paper. The results show that the round shape weld can be formed when the welding current is 10 A, but the weld is very hard and brittle. The hardness and brittleness can be reduced greatly by the post heat of 280℃ and heat preservation of 10 minutes. The tensile strength of the weld is about 1 370 MPa after the post heat, and it also has high fatigue strength. The welded ring shape steel wire is likely to be a kind of high efficiency cutting tool if being plated by diamond abrasives.
Key words: argon tungsten arc welding, 65Mn steel wire

0 概 述
　　如将强度较高的细钢丝焊成环形，再镀附以金刚石磨料，有可能使之成为一种高效的切割工具，其关键工艺是保证焊接接头有一定的抗拉强度和疲劳强度。一般可用于线材对焊的方法有钎焊、电阻对焊、氧乙炔焰对焊、气体保护焊、激光焊和真空电子束焊等。
　钎焊主要应用在无线电工业和机电工业中，如导线与电缆的焊接。在这种情况下，仅要求焊接处具有良好的导电性能，不要求太高的强度。
　　对于强度要求较高的情况下，金属丝的焊接一般采用电阻闪光对焊。为了焊接在拉制过程中焊接面积为0.1~10 mm²的导线端头，将导线放在陶瓷或玻璃管中进行焊接，焊后将其打碎，获得的接头直径几乎与母材一样，而且光滑没有焊瘤^［1］ 。文献［2,3］也报道了环形线材的电阻对焊方法，焊接时的顶锻力垂直于线材轴向，得到的焊接接头不如在陶瓷或玻璃管中进行焊接的规则。
　　氧乙炔焰对焊用于线材焊接时，焊接过程难以操作，焊缝容易出现塌陷、咬边及未焊透等缺陷，难以满足环形线锯对接头圆柱度的要求^［4］。近年来已有利用激光来实现细丝的焊接报道，文献［5］报道了用有波形控制系统的能量反馈激光器进行焊接，克服了电阻焊的不利方面，能完成以前钎焊所不能完成的钢丝的焊接。文献［6］报道了高碳环形钢丝的激光对焊焊接。这种环形钢丝镀以金刚石磨料后形成的线锯可用于电子材料的切割，切割力极小，研制者用钢琴丝、高碳钢丝S80C、不锈钢丝SUS304等作了焊接试验。结果表明，在空气中焊接时氧化剧烈，结合部位存在气泡，抗拉强度不超过500 MPa，但在真空中焊接时强度大大增加，同时焊点经573 K回火后，强度能增加4~7倍。文献［4］采用工业用CO₂激光器进行了细钢丝焊接试验研究，其最大功率为1.5 kW。试验发现，即使在激光束功率为200~250 W、焊接操作易于进行的情况下，同样具有焊缝凹陷及氧化缺陷，凹陷及氧化缺陷不能满足对焊点性能的要求。
　　氩弧焊是以惰性气体氩气(Ar)为保护介质的电弧焊接方法，在焊接高温下，氩气不与金属发生化学反应，也不溶于液态金属，因此对焊接区的保护效果很好，非常适合焊接高碳钢及合金钢。本文对钨极氩弧焊焊接65Mn钢丝时的焊接可行性、焊接工艺及焊后热处理进行了一定的研究，焊后的环形钢丝若镀以超硬磨料，有可能形成一种高效切割工具。
1 65Mn钢丝的成分及性能
　　本研究所用的钢丝为直径0.7 mm的65Mn冷拉钢丝，其原始组织为索氏体和少量的铁素体，呈纤维状分布。65Mn的含碳量为0.62%～0.70%，Si与Mn的含量分别为0.17%~0.37%与0.9%~1.2%。Mn使铁碳相图中S点和E点向左下方移动，降低了A3和A1线，因此，锰钢具有过热倾向。65Mn钢属于高碳钢，加上Mn与Si的联合作用，使其碳当量达0.8%以上。这就使65Mn钢具有极大的淬硬倾向，焊接性极差。
2 65Mn钢丝的氩弧焊对焊工艺
为了减小电极的消耗，选择直流正接进行线材的对焊试验，即选用直流电源，线材接电源的正极，钨极接电源的负极。
含1%或2%氧化钍的钨极发射电子效率高，电流承载能力好，且抗污染性能好，引弧容易并且电弧比较稳定。为了便于操作，选择直径为2 mm的较细的钍钨极，并且电极前端磨尖。
　　由于氩气较低的电弧电压特性对于薄板和线材的手弧焊特别有益，因此选择氩气做保护气体。
　　试验选用直流手工氩弧焊机，焊接前，将钢丝两端头仔细磨平，为防止焊点产生气孔，用丙酮将端头油污清洗干净。将两端磨平的线材放在平整洁净的对正板上（图1），使两端头对正，接头处不留间隙，用压铁压住接头两侧。将线材接焊机正极，钨极接负极，分别将电流调至20 A，15 A，10 A，8 A进行焊接。焊接时，在接头旁边引燃点弧并使之燃烧稳定，将电弧移至接头处使接头金属熔化后迅速将电弧熄灭，同时轻微施加顶锻力，冷却后即完成焊接过程，焊接过程中不使用填充焊丝。
　　试验发现，当焊接电流为20 A时，电弧燃烧剧烈，接头处金属飞溅严重，焊点塌陷严重。当电流调至15 A时，电弧燃烧较平稳，熔池飞溅少，但焊缝仍有塌陷。但电流降至10 A时，引弧容易，电弧燃烧稳定，焊缝处没有塌陷现象。图2为焊接电流10 A时，用数码相机在Leica MZ6型体视显微镜下拍下的焊接接头形状。可以看出，接头的圆柱度较好，将其打磨后能满足线锯的要求。当电流调至8 A以下时，引弧困难且电弧不稳定，难以完成焊接过程。