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高锰钢如何用耐磨焊条进行焊接

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高锰钢如何用耐磨焊条进行焊接

高锰钢(high manganese steel)是指含锰量大于10%的合金钢。高锰钢经过固溶处理后还会有少量的碳化物未溶解,当其数量较少符合检验标准时,仍可使用。高锰钢的合金元素除C、Mn、Si、S、P外,为改善高锰钢的性能还添加Ni、Ti、Cr、V、Mo及Nb等。常见的高锰钢有:ZGMn13-1、ZGMn13-2、ZGMn13-3、ZGMn13-4等。高锰钢在1000~1100℃范围内加热可以得到单一的奥氏体组织,然后迅速在水中冷却淬火(也称作水韧处理),仍能保持奥氏体状态,这时高锰钢具有很高的韧性。其硬度很低(170~230HB),当其表面受到冲击载荷时易发生塑性变形,由于变形强化的结果,在金属的变形层内会出现明显的加工硬化现象,使表面层(变形层)的硬度得到极大的提高(500~600HB)。随着金属表面深度,其硬度逐渐降低,通常硬化层厚度为10~20mm。当高锰钢工件连续使用磨损时,硬化层在外载荷的不断冲击作用下也会向内延伸,维持一个厚度稳定的硬化层。应当说明的是在静态下高锰钢是不耐磨的,它必须不断受到外载荷的冲击而形成硬化层时才具有耐磨性。高锰钢的转变温度为-40℃。在工业生产中,主要用来制作大型挖掘机的斗前壁、斗齿、支撑轮和粉碎机的耐磨板等。

高锰钢的焊条电弧焊所用的焊条芯有:高锰钢焊条芯、合金钢焊条芯和低碳钢焊条芯。高锰钢焊条芯制作的焊条仅用于焊补高锰钢构件,现在在生产中很少使用。用合金钢制作的焊条,一般是采用Cr-Ni合金钢焊芯,焊补的质量较好,但成本较高,一般用于第一层打底和对韩的隔离层。用低碳钢制作的焊条有两类:一类是高锰钢型焊条,如:D256(Mn13)、D266(Mn13Mo)等,主要用于受严重冲击、磨料磨损干锰钢的零件。另一类是Cr-Mn,如:D276和D277(2Mn12Cr13Mo),其堆焊金属为高锰奥氏体,当受到强力冲击后转变为马氏体。由于焊条中Cr含量很高,焊后的金属耐腐蚀性好这类焊条主要用于耐气蚀的堆焊和高锰钢的堆焊,如水轮机叶片、挖掘机斗齿等。

高锰钢焊接用的焊丝主要有:高锰钢焊丝和合金钢焊丝,含P量小于0.03%的焊丝可用于构件的焊接与修补;含P量大于0.03%的焊丝仅用于修补工作。高锰钢焊丝有:Mn-Ni、Mn-Cr、Mn-Mo、Mn-Ni-Cr等系列;合金钢焊丝有:Cr-Ni、Cr-Ni-Mo等系列这类焊丝的优点是具有较高的耐腐蚀性能,在冲击下能迅速的形成硬化层,其中Cr-Ni合金钢焊丝还可用于焊接高锰钢与碳钢或低合金钢的异种钢接头。

高锰钢无论是堆焊、补焊还是对接焊,其焊接性均较差,主要是因为焊接时会在焊接热影响区引起脆化(这是由于焊接时再热析出碳化物所致)和在焊缝上产生热裂纹(这是由于高锰钢中的P、S超标和膨胀系数导热系数的大小产生结晶裂纹、液化裂纹所致)。在焊接操作上应注意:应将缺陷处及其周边的硬化层用磨削或碳弧气刨彻底清除,对于铸件缺陷焊前首先要进行水韧处理,以防开裂。要控制层间温度,

高锰钢堆焊或焊补时焊前,不能预热,要采用较低的线能量,层间温度在50℃以下,这样可防止热影响区析出大量的碳化物而出现脆化现象。断续焊,短段焊,这种焊接方法可使母材受热减至最小程度,避免木材热影响区过热及脆化。浸水焊,在焊接过程中将焊件反面浸泡在水中,以加快其冷却速度。

采用浸水与不浸水的焊接工艺比较,浸水焊有利于减少碳化物的析出,可防止热裂纹的产生。焊后锤击焊道,可用小圆头锤趁热捶击焊缝,可消除焊接应力,避免裂纹产生。堆焊过渡层,在碳钢或低合金钢上堆焊高锰钢,为防止在过渡区(或不完全熔合区)由于锰含量降低而出现马氏体组织,从而使焊缝金属沿熔合线开裂或剥离。因此,堆焊时先用Cr-Ni奥氏体不锈钢在碳钢或低合金钢上堆焊过渡层。这种过渡层与碳钢或低合金钢及高锰钢能实现良好的熔合,而不会形成脆性组织,从而避免裂纹的产生。总之,除保证所选的焊接电流、电弧电压、焊接速度能确保焊缝成形和良好熔合外,在焊接过程中主要考虑焊件的冷却速度。