淺析實際生產中耐磨錳鋼與Q235B的焊接

【摘 要】Mn13-1耐磨板的碳含量較高，在異種金屬焊接中容易出現冷裂紋，影響異種金屬之間的熔合和焊接質量。我們在環(huán)保設備生產中選用耐磨板做襯里層，通過多次焊接性能試驗確定了最佳的焊接工藝，得到了質量合格的焊接接頭。

【關鍵詞】環(huán)保設備高錳鋼Q235B焊接工藝

在設計旋風分離器時為保證設備使用壽命長，同時便于敷設、更換，易磨損部位配有可更換耐磨襯里，以焊接方式敷設耐磨鋼板層，初步選擇的材料為Mn13耐磨板（高錳鋼）。

高錳鋼材料在1000～1100℃之間為單一奧氏體組織，為保持此組織，需高溫淬火，即在1100～1050℃間的溫度內立即水淬至常溫，。這類高錳鋼常用來制作挖掘機的鏟齒、圓錐式破碎機的軋面壁和破碎壁、顎式破碎機岔板、球磨機襯板等。

一、高錳鋼焊接性差的原因和處理方法

（1）熱影響區(qū)碳化物的析出。高錳鋼經水韌處理后，碳全部固溶于奧氏體中，室溫下呈單相奧氏體組織，具有良好的韌性，但當重新加熱超過250℃時，碳就會沿晶界析出碳化物，使材料的韌性大大下降，因此焊補后，在焊接過程中存在碳化物析出的脆性溫度區(qū)間，一般是受熱溫度越高、析出速度越快，隨著受熱時間的延長，碳化物析出的數量也會增多。同時在焊接熱作用下會誘發(fā)形成應變馬氏體，導致材料性能惡化，不僅失去韌性材料變脆，而且同時還會降低耐磨性和沖擊韌度。要想解決此類問題發(fā)生，就要從脆性物質形成的機理方面入手分析，其解決的措施有加快施焊時焊件的冷卻速度，縮短在高溫下停留的時間，以減少碳化物的析出。

（2）熱裂紋傾向比較嚴重。高錳鋼的線膨脹系數較高，所以在焊接的時候會產生很大的應力，在S、P有害雜質的作用下，增加了焊接熱裂紋形成傾向，易形成焊縫裂紋和近縫區(qū)的液化裂紋。此類問題的解決方法是嚴格控制母材中的S、P含量，特別是焊接材料中的S、P含量，其次是采用錘擊焊縫等工藝，減少焊接應力。而且高錳鋼性膨脹系數大，在異種金屬之間焊接時給裂紋的產生提供了力學因素，也促使了熱裂紋形成。

無論是焊縫結晶裂紋還是產生在母材近縫區(qū)的液化裂紋，都是都屬于熱裂紋，都是在焊接時高溫下產生的。所以雖然錳鋼類材料有著姣好的腦耐磨損行，但其較差的焊接性在一定程度上限制了材料的廣泛使用。很多情況下都是加工成鑄鋼件整體成型。

二、高錳鋼在焊接工藝上的基本特點和采取的措施：

（1）焊接時要盡可能地采用小線能量，盡量減少基本金屬受熱，采取措施為盡可能地加快接頭的冷卻。采用熱源集中、電流小的短電弧，直流反接，用跳焊、短段焊、間隙焊等工藝措施能在一定程度上減少碳化物的析出。

（2）據有關資料顯示，從碳化物的350℃附近抗拉強度逐漸降低，在晶界上碳化物薄膜最為發(fā)達的750℃時達到最低值。在650℃時硬度值最高，可見550℃～700℃溫度范圍內是碳化物析出最嚴重的溫度區(qū)間，對機械性能的影響尤為重要。因而在控制高錳鋼焊接工藝時如何有效的縮短550℃～700℃的冷卻時間是提高焊接質量非常重要的一個重要環(huán)節(jié)。

三、耐磨錳鋼焊接與異種金屬之間焊接性分析

在考慮耐磨錳鋼焊接性的同時，還必須考慮異種金屬之間的焊接性，分析不同性能的兩種金屬材料對焊接加工的適應性和焊后使用時安全可靠運行的能力。

（1）異種金屬的熔點差異帶來的困難。熔點低的金屬達到熔化狀態(tài)時，熔點高的金屬仍呈固體狀態(tài)，這時已在焊接過程中，焊接受熱后先熔化的金屬容易滲人未熔金屬過熱區(qū)的晶界，使過熱區(qū)的組織性能降低，當熔點高的金屬先熔化時，勢必造成熔點低的金屬流失，合金元素燒損或蒸發(fā)，使焊接接頭難以焊合。

（2）異種金屬的線脹系數的差異。相差愈大，愈難進行焊接。高錳鋼的線膨脹系數是低碳鋼的1.6倍。線脹系數大，冷卻時收縮率也大，會產生很大的熱應力，。由于焊縫兩側金屬承受的應力狀態(tài)不同，所以易使焊縫及熱影響區(qū)產生裂紋，甚至導致焊縫與母材剝離。

（3）異種金屬的熱導率差別。不同金屬間焊接時熱導率的差異易使焊縫結晶條件變壞，晶粒粗化嚴重，并影響難熔金屬的潤濕性能。高錳鋼的熱導率是低碳鋼的1/4倍，因此在焊接時，最好使應采用強力熱源進行焊接，焊接時熱源的位置要移向導熱性能好的母材一側。

四、耐磨錳鋼焊接與異種金屬之間焊接方法

（1）焊條的選擇

焊條選擇三種，錳鋼之間選用Cr-Mn型焊條D276和D277；異種金屬之間選用J507和A302焊條；打底焊條采用Cr-Mn或Cr-Ni先焊一層作隔離焊道，以防產生裂紋。

（2）接頭形式

一般實際生產中錳鋼的焊接接頭由4中形式，見下圖。

經過討論分析，擬采用圖a的接頭形式，其可以是錳鋼與異種金屬之間的焊接，也可以是錳鋼自身焊接。異種金屬之間焊接時，可以在金屬A（或B）的破口表面堆焊一層中間金屬（打底），然后選用性能與金屬B（或A）和中間堆焊金屬相近的焊材將堆焊層和金屬B（或A）焊接起來。

（3）.焊前準備

焊接接頭的坡口按相關規(guī)范要求。焊條需經烘烤后保溫于保溫箱。焊條電弧焊采用直流焊機，電源極性均為直流反接。

焊前嚴格清理坡口兩側的泥垢、雜質、油垢和鐵銹等。（如果是補焊）仔細檢查有無起層、裂紋、夾砂、氣孔和縮孔等缺陷。若有這些缺陷，應用砂輪或電弧氣刨鏟出。磨損的部位必須用砂輪磨去硬化層。

（4）.焊接

由于耐磨板材料的特殊性，焊前均不預熱，并嚴格控制層間溫度。施焊采用小電流多層多道焊；焊接時不擺動，以窄焊道焊接；施焊時盡量減少母材的熔化量，降低焊縫的含碳量；收弧時弧坑必須填滿防止產生裂紋。

焊后用隨身焊工手錘錘擊焊縫，以消除應力。焊工手錘有一頭是尖錘，用尖錘錘擊焊接區(qū)，可起到一定消除應力的作用，為使熔敷金屬得到奧氏體組織，，錘擊后要迅速將焊接區(qū)進行噴水冷卻。

五、結束語

經過多次的焊接性試驗，在最終確定了焊接工藝后開始投入生產。初期仍然出現了熱裂紋、脆性裂紋等問題，但最終都得到了圓滿解決，確保產品質量滿足使用要求。通過實踐，感覺在現場條件下實施高錳鋼與Q235B異種金屬耐磨層焊接的要點有：

（1）焊前準備工作一定要做好。由于現場條件較差，坡口清潔和焊條保溫工作沒有做好導致了2次大量出現裂紋。

（2）小焊條，小電流有助于避免裂紋產生。

（3）焊后迅速水冷有效果。

通過生產實踐，我們基本掌握了耐磨錳鋼與普通碳鋼之間的焊接工藝應用，為解決脫硫系統中旋風分離器的耐磨使用壽命問題找到了一個可行的方案。

參考文獻：

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