超高錳鋼與鋁青銅襯板的焊接工藝

朱寧

摘要：通過對細破碎機上超高錳鋼與鋁青銅襯板角焊縫斷裂的情況和它們的焊接性能分析，選擇合適的焊接材料、堆焊過渡層和采取合理的焊接工藝及措施，解決了超高錳鋼與鋁青銅襯板異種金屬角接焊縫的問題，保證了角焊縫的焊接質量和使用性能要求。

關鍵詞：異種金屬焊接；過渡層；工藝及措施

前言

攀鋼礦業選礦廠有8臺細破碎機是由荷蘭美卓公司生產制造，其主機架座材質為ZG120Mn17，機架座上表面周圍均勻分布安裝焊接的3塊襯板材質為鑄造鋁青銅（ZCuAl9Mn2），襯板規格928×325×20mm。襯板的作用是破碎機生產過程中，自動調節支撐環的偏轉角度和減少支撐環與主機架座的摩擦。由于生產過程中還要受到振動載荷，未到使用周期（2年），大部分襯板均沿角焊縫機架座側熔合處脫落，無法正常運行生產。需停機整體更換新主機架或進行焊接修復，而主機架備品拆換時間長，且成本增加，為不影響生產任務，決定采取焊接修復。目前國內沒有超高錳鋼與鋁青銅異種金屬焊接這方面的介紹和報道，荷蘭美卓公司也不愿意提供焊接資料。我們通過對母材的焊接性分析，選擇合適的焊接材料，堆焊過渡層等工藝及措施，成功地解決了這一焊接問題。

1.斷裂現象觀察

焊縫斷裂的位置都在沿機架座側的熔合處，每塊襯板的焊縫斷裂面上均出現有多處整體斷裂前的舊斷裂面和新斷裂面上有不同程度的點狀夾雜物。這與原焊接時的工藝、措施、焊接材料和焊接應力有關。

2 .焊接性分析

主機架座超高錳鋼是經水韌處理后得到純奧氏體組織，材料具有良好的韌性和綜合性能，其化學成分質量分數見表1，機械性能見表2。當超高錳鋼加熱到300℃以上時，原溶解到奧氏體金屬中的碳就會從奧氏體晶粒內向晶界析出，并聚集在晶界形成碳化物，破壞了奧氏體組織的完整性；晶界碳化物的聚集會使超高錳鋼脆化，力學性能大幅度下降，還可導致超高錳鋼熱影響區產生裂紋。所以焊接時，需采取冷焊工藝，控制熱輸入量等，使超高錳鋼基體在焊接過程中保持較低溫度，減少基體在300℃以上停留時間。

超高錳鋼的線膨脹系數為純鐵的1.5倍，是碳素鋼的2倍。體積收縮率和線收縮率較大，焊接過程中容易出現應力和裂紋。焊接時應減少熱輸入量和采取降低應力等措施。

ZCuAl9Mn2鋁青銅焊接時的主要問題是鋁的氧化，生成致密而難熔的Al2O3薄膜覆蓋在熔滴和熔池的表面，易在焊縫中產生夾渣、氣孔和未熔合等缺陷。因此，焊前應清除表面氧化物，焊接過程中宜快速冷卻，降低在較高溫度的停留時間，防止鋁的氧化。因鋁青銅的熱導率λ=64w（m.k）比純銅和黃銅低，并且有較窄的結晶區間，焊接時可以不采取預熱措施。ZCuAl9Mn2鋁青銅的化學成分質量分數表3所示。

超高錳鋼與鋁青銅焊接時，如選擇鋁青銅焊接材料，液態銅對近縫區鋼的晶界有較強的滲透作用，在拉應力作用下單相奧氏體的超高錳鋼容易產生滲透裂紋。防止措施：選擇合適的焊接材料或堆焊過渡層等措施。

3.焊接材料的選擇

鋁青銅焊接時，相匹配的焊條是T237，其熔敷金屬化學成分質量分數表4所示。但它與超高錳鋼在一起焊接時，在超高錳鋼側的近縫區有產生滲透裂紋的傾向，不能直接使用焊接。因Ni與Cu能無限互熔，可排除Cu的有害作用，當Ni的質量分數高于16%時的焊縫在碳鋼上不會產生滲透裂紋。所以，我們選擇鎳銅焊條Ni207進行過渡層堆焊，可有效地避免滲透裂紋產生。Ni207熔敷金屬化學成分質量分數表5所示。

4.焊前準備

將機架座和襯板上原焊接處的殘留焊肉、熔合部分及周圍30mm范圍內表面的氧化膜徹底清除干凈，并露出金屬光澤。

焊條按規定進行烘干，并放在100℃的保溫筒內隨用隨取。

準備一臺直流焊接電源和一把帶圓頭的小錘（重0.5Kg，圓頭直徑R5mm）。

5.焊接工藝及措施

采取直流反接、小電流、短弧焊，在熔合良好的情況下盡量提高焊接速度，以控制熱輸入量。

焊道應分層、分段、對稱分散跳焊。每段焊道長度最長不得超過70mm，或是焊完一根焊條的1/4～1/3就滅弧澆水冷卻，使焊道及周圍的溫度不應超過100℃。采用輕微直線往復運條，焊道寬度約為焊條直徑的2～3倍，后一焊道應壓住前一焊道的1/3，以使焊層表面平展。

焊接過程中要注意每道間的接頭處應錯開20mm左右，收弧時填滿弧坑；焊道與母材的結合部位應熔合良好，并與母材圓滑過渡。

6.焊后檢驗

焊接完成后外觀檢查焊縫表面無氣孔、夾渣、咬邊等缺陷，檢測角焊縫凸度和凹度均小于1.5mm范圍內，焊縫與母材熔合部位過渡較圓滑，符合外觀標準要求。焊縫表面及周圍進行著色檢驗，未發現有裂紋等缺陷。

7.結論

針對細破碎機上的超高錳鋼與鋁青銅襯板異種金屬焊接的角焊縫產生的裂紋及脫落現象，通過對超高錳鋼和鋁青銅的焊接性能及特點分析，結合細破碎機的使用情況和要求，選擇合適的焊接材料，采取堆焊過渡層、控制焊縫溫度和焊后錘擊等工藝和措施，成功地焊接修復了細破碎機上超高錳鋼與鋁青銅襯板的角接焊縫。設備正常運行至今已超過兩年，未發現角焊縫有裂紋出現和襯板脫落現象，延長了設備的使用周期、保證了使用性能要求，證明此工藝和措施是可行的，也可為其它高錳鋼與鋁青銅的焊接提供一些技術支持。

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