高锰钢焊接工艺性

高锰钢焊接工艺性解析

一、问题的提出

在金属材料中，由于高猛钢具有高抗冲击性和高硬度高耐磨性，在各矿山设备中得到了广泛的应用，如电铲设备中的斗前臂、斗齿、履带板及破碎机设备中的衬板等均采用高锰钢这种金属材料。

实践表明虽然高锰钢具有上述特点，但在使用中存在着如下几种情况：一是在铸造过程中很容易产生裂纹；二是在组对焊接中容易产生焊接裂纹这两种缺陷，针对这一现象，需要在控制铸造缺陷的基础上，更要制定一套完整的高锰钢焊接工艺，来指导现场实际中的高锰钢焊接。

二、高锰钢焊接中产生裂纹的原因分析

高锰钢是指含碳量C=0.9%~1.3%，含锰量Mn=11.0%~14.0%的铸钢，标准牌号为ZGMn13。此材料在1000~1100℃之间为单一奥氏体组织，为保持此组织，需高温淬火，即在1050~1100℃之间，立即水淬至常温（最好控制30秒之内，不应超过1分钟）俗称水韧处理。通过水韧处理的工艺可以看出，其中对淬火温度和淬火时间的要求是非常严格的，实践也表明，在实际操作中，如果偏离了温度和时间的结点，都将会对铸造的高锰钢质量产生很大的影响。

高锰钢的铸造工艺如此，高锰钢的焊接也同样是这个道

理。在一般的情况下，由于焊接人员对高锰钢的热处理原理不了解，只是按常规的焊接工艺去焊接高锰钢，这样就会导致如下情况的发生：

1.热影响区的碳化物的析出

高锰钢经1050℃水韧处理后，碳全部固溶于奥氏体中，室温下呈单相奥氏体组织，具有良好的韧性，但是经热处理的高锰钢，当进行焊接时，相当于重新加热250℃以上，就会沿晶界析出碳化物，而且在热影响区的一个区域内都会有不同程度地析出碳化物，不仅失去韧性变脆，而且还会降低耐磨性和冲击韧性。

2.热裂纹倾向严重

ZGMn13高锰钢的线膨胀系数是低碳钢的1.6倍，但是导热率仅是低碳钢的1/6，所以焊接时会产生很大的内应力，在S、P有害杂质的作用下，产生焊接热裂纹和热影响区的液化裂痕。

三、高锰钢焊接工艺

从以上的原因分析可知，高锰钢的焊接性能较差，稍有不慎就会导致母材变脆，内含内应力，导致焊缝与母材开裂等不良情况的发生，对焊接强度构成很大的影响。必须引起人们的高度重视，应根据此材料的特殊性质，采取特殊的焊接工艺，以保证焊接强度，防止不良因素对焊接强度的影响。特制定如下高锰钢焊接工艺：

1.焊接所用设备与方法

焊补或焊接ZGMn13奥氏体高锰钢时，应该采用热源集中，线能量小的焊接方法，如手弧焊、熔化极气体保护焊等，不推荐使用气焊和钨极氩弧焊。

2.焊补和焊接工艺：

1）焊前必须清理焊补处的泥垢、油垢和铁锈，仔细检查有无起层、裂纹、夹砂、气孔和缩孔等缺陷，必须用砂轮或电弧气刨铲出。磨损的部位必须用砂轮磨去硬化层，因为硬化层的金属对裂纹十分敏感。

2）焊前不应预热，多层焊时层间温度不应超过300℃，以防止过热使热影响区脆化。

3）焊接时要尽可能地采用小线能量，尽量减少基本金属受热，采取措施为尽可能地加快接头的冷却。为此，用短弧、直流反极性、跳焊、短段焊、间隙焊、脉冲焊等工艺措施，采用这些措施能在一定程度上减少碳化物的析出。

4）为防止产生热裂纹，可采用Cr-Mn或Cr-Ni奥氏体钢焊条打底。如果在低碳钢或低合金钢上堆焊ZGMn13奥氏体高锰钢时，可以先焊一层Cr-Ni或Cr-Mn奥氏体钢作隔离焊道，以防产生裂纹。

5）焊后为消除焊接应力，可用尖锤锤击焊接区。为使熔敷金属得到奥氏体组织，锤击后要迅速将焊接区进行喷水冷却。