高碳钢丝焊接区拉拔断裂原因分析.pdf

江苏冶金
第32卷第4期JiangsuMetallurgyVOI．32NO．4
2004年8月Aug．2004

高碳钢丝焊接区拉拔断裂原因分析*

顾菡妍曹文奎涂益友方峰蒋建清

(东南大学材料科学与工程系南京．210096)

摘要：对高碳盘条的焊接区拉丝断13进行了形貌的观察和分析。结果表明，高碳盘条焊接区发生拉拔断裂的主要
原因有以下三种：焊接过程中未完全挤出的氧化物夹杂；焊接后的热处理温度过高导致盘条的组织发生过热以及
焊接区表面润滑不良导致拉拔过程中产生表面横向裂纹．形成裂纹源。
关键词：高碳钢；线材；焊接区；拉丝；断口
中图分类号：TG406

卷之间的电阻对焊操作来实现连接，从而保证大生
引言产的连续进行。在实际生产过程中，由于高碳盘条
的焊接性能差，常常会发生焊接区拉拔断丝现象，断
中低碳钢材料焊接工艺已相对成熟，然而高碳丝一次会导致停产1～2h，严重影响r大生产的连
钢由于其淬透性好、裂纹敏感性高以及高的碳含量续性和高效率。
导致焊接性能比较差，故有关高碳钢焊接工艺的研本文以1860MPa级PC钢绞线的生产过程为
究报道较少。对象，现场采集并研究分析了焊接区的拉拔失效断
随着社会对材料高性能化的要求，高性能钢丝口，以期对其焊接工艺的改进与优化提供参考。
的需求量也日益增加。生产高性能钢丝的原材料主
要是高碳钢，就目前已普遍使用的高级别预应力混1试验材料和方法
凝土(PC)钢绞线而言，其原材料大都为共析成分的
高碳低合金钢。其一般生产过程是盘条经过连续1860MPa级PC钢绞线的原材料为
7～8道次的拉拔，由中13mm减径至牵5mm左右。SWRH82B~,13mm盘条，其组织为索氏体，原始抗
现代化拉丝生产装备的生产效率很高，但钢厂生产拉强度在1150MPa以上，面缩率在35以上，化
的高碳热轧盘的盘重通常在2t左右，故为了避免学成分如表1所示。
更换盘卷时所需繁重、低效的穿模操作，一般通过盘

表1盘条化学成分／

高碳盘条的焊接工艺过程如下焊接区的组织。经过这样对焊操作的焊头即可用于
拉丝生产。
一百百丽一甄一
在线收集焊接区的失效断口，采用体视显微镜、
口因光学显微镜和扫描电镜对拉丝断口进行失效分析，

将高碳盘条的两端夹紧并使端面对齐，在两端从而判断出拉丝断裂的主要原因。
施加一定的压力使之接触良好；通电使焊接面加热
到适合的温度后，进行顶锻操作，挤出高温时产生的2试验结果与分析
金属氧化物，使两个端面在压力作用下结合在一起；
磨去盘条的焊花以方便拉拔生产；再通过正火调整正常生产过程中，高碳盘条的焊接区常发生拉

*江苏省自然科学基金资助项目(编号：BK2001215)
收稿日期：2004—05—09
作者简介：顾菡妍女，1979年生．硕士研究生。

2江苏冶金第32卷

拔断丝现象，主要可分为以下三类：示，其中图1(a)是拉丝断口的宏观形貌；图1(b)是
裂纹源区的夹杂物形貌。
2．1对焊区的夹杂物

由夹杂物导致拉丝断裂的断口形貌如图1所

!]j裂纹源l×必杂物

图1拉丝断口形貌
从图l(a)中可以看到，拉丝断口上有一定的放射图2(a)是拉丝断口宏观形貌；图2(b)是裂纹源区的形貌。
线指向盘条表面，说明裂纹起源于钢丝的表面附近；裂从图2(a)上可以看到，拉丝断口上没有明显的放
纹源附近(见图l(b))可见一个直径为i00m的夹杂射线，断口类似于拉拔时产生的笔尖状断口，其裂纹起
物。采用能谱仪分析夹杂物的成分，其主要是O，Si，源于盘条的中心位置[2]；图2(b)上可以见到典型的冰
Mn，Fe等元素，其中氧含量相对较高。糖状形貌以及沿晶界分布的二次裂纹，说明断裂是以
从上面的分析结果可以推断，夹杂物可能是盘条沿晶断裂的方式进行的。同时可以看到晶粒已超过
材料在高温下发生氧化而产生的。高碳盘条在通电加i00m，而原始组织的晶粒一般在30pm左右。
热时，焊接端面上产生了高温金属氧化物，在焊接的顶结合焊接操作过程可以判断，本现象的产生可
锻操作过程中，氧化物未能完全被挤出而残留在盘条能与正火时温度过高有关。温度过高，将导致焊接
为时接区近表面的位置，成为拉拔断丝的裂纹源。区特别是焊缝处发生过热甚至过烧当焊接区局
文献El-1指出，夹杂物的挤出程度与接头变形行部达到过热温度以上，奥氏体晶粒长大比较明显，脆
为有关。因此，应对电阻对焊操作中的顶锻压力等性增大，在外力作用下微裂纹优先在晶界形成，从而
参数进行优化，以获得适合的变形量，确保氧化物的成为裂纹源，导致拉丝断裂。因此应适当降低焊后
完全挤出。正火处理的温度，避免过热现象发生。

2．2过热

另一类比较典型的拉丝断口形貌如图2所示，其中

(a)断口形貌(b)部商倍形貌

图2拉丝断口形貌
2．3表面润滑不良是其’篙判
由表面