磨機襯板的焊接

中信重工機械股份有限公司（河南洛陽 471039）肖德政 吳建英 劉須收 何 娟

1.概述

我公司的磨機襯板材質為ZGMn18Cr2，其中wMn>14%，屬超高錳鋼，其成分、性能較ZGMn13更特殊，焊接時容易出現“碳化物析出”和“熱裂紋傾向嚴重”的現象。該材質的磨機襯板，其背面底部一端（非吊把端）需增加條形支撐帶，為此，我們采取“鑲焊方式”處理，即在襯板“原凸臺”之間焊接一塊鋼板（材質Q235A），焊腳高4mm，待焊區ZGMn18Cr2的板厚為100mm，且將鋼板與兩端凸臺之間的縫隙焊平。襯板在鑲焊前、后的結構如圖1所示。

高錳鋼的特性：

（1）高錳鋼是指wC=0.9%～1.3%，wMn=11.0%～14.0%的鑄鋼，因其抗磨和耐磨的特性，在工業上得到了廣泛的應用，如挖掘機的鏟斗、碎石機鄂板、球磨機襯板、拖拉機和坦克履帶及鐵道線路上的轍叉等。由于其成分、性能特殊，焊接性較差，易在焊縫、熔合線及過熱區產生裂紋。

圖1 襯板鑲焊前、后結構

（2）高錳鋼的線膨脹系數是低碳鋼的1.6倍，但熱導率僅為低碳鋼的1/6，所以焊接時會產生很大的應力，在S、P有害雜質的作用下，焊接接頭處易產生結晶裂紋和液化裂紋。針對該問題，解決的方案：首先，嚴格控制母材及焊接材料中的S、P含量，做到從成分上減少對焊接接頭的影響；其次，采用錘擊焊道等工藝措施，減少焊接應力，以防止產生熱裂紋。

2.焊前準備

（1）焊接材料選擇 高錳鋼焊接的焊接材料主要有焊條和焊絲兩種。用于高錳鋼焊接的焊條有兩種：一種是高錳鋼型焊條D256（EDMn-A-16）和D266（EDMn-B-16），主要用于堆焊層受嚴重沖擊的磨料磨損零件，如碎石機顎板；另一種是Cr-Mn型焊條D276、（EDCrMn-B-16）和D277（EDCrMn-B-15），其堆焊金屬是處于亞穩定狀態的高錳奧氏體，當其受強烈沖擊后奧氏體轉變為馬氏體，其用于耐氣蝕的堆焊或高錳鋼堆焊，如水輪機葉片、挖掘機斗齒。

用于焊接高錳鋼的焊絲有Mn-Cr、Mn-Ni、Mn-Mo、Mo-Ni-Cr系高錳鋼焊絲，以及Cr-Ni、Cr-Ni-Mn系合金鋼焊絲。磨機襯板所涉及的焊接主要為異種鋼的焊接，即襯板（材質：ZGMn18Cr2）與鑲嵌鋼板（材質：Q235A）之間的焊接。襯板與鑲嵌鋼板焊接時，焊縫位置處于非主要受力面，實際工作中并不需要太高的耐磨性，故對焊接接頭性能不作要求。因此，選擇焊接材料時，并不需要選擇與高錳鋼同成分的焊接材料，只需根據焊接工藝性選擇焊接材料。

綜合考慮，磨機襯板的焊接應選擇線膨脹系數大，韌性較高的藥芯CO2氣體保護焊不銹鋼焊絲，牌號E309LT1—1，φ1.2mm。該焊絲屬Cr-Ni系焊絲，在焊接高錳鋼與碳鋼或低合金鋼的異種鋼時，允許有較高的稀釋，可用來作為高錳鋼與碳鋼焊接時的填充材料。其電弧柔和穩定，飛濺少，成形美觀，脫渣容易，具有良好的焊接工藝性能，可進行全位置焊接，熔敷金屬具有良好的抗裂性能。E309LT1—1熔敷金屬化學成分及力學性能如表1所示。

表1 熔敷金屬化學成分及力學性能

（2）焊接設備 焊接設備選用松下CO2氣體保護焊焊機，電焊機型號為KRⅡ500，如圖2所示。

圖2 焊接設備

（3）焊接操作規程 焊補或焊接高錳鋼時，應該采用熱源集中、熱輸入小的焊接方法，如焊條電弧焊、熔化極氣體保護焊等。

第一，焊接之前，首先，目視檢查襯板待焊部位是否有起層、夾砂和縮孔等缺陷，若有以上缺陷，用砂輪打磨以徹底清除缺陷；其次，將所有待焊區打磨出金屬光澤，并對其進行PT檢測，以判斷母材是否有表面裂紋，若有表面裂紋，必須用砂輪打磨或電弧氣刨清除，待裂紋徹底清除后方可進行焊接。

第二，對磨機襯板材質ZGMn18Cr2的焊接，焊前不預熱。為了減少碳化物的析出，嚴格控制層間溫度，并加快施焊時焊件的冷卻速度，縮短在高溫下停留的時間。理論上，高錳鋼多層焊時層間溫度應控制在＜250℃，以防止碳化物的析出，致使熱影響區脆化。本產品焊接時，由于ZGMn18Cr2屬超高猛鋼，其焊接性更差。為了獲得好的焊接接頭，確保一次性焊接成功，嚴格控制層間溫度≤80℃。

第三，磨機襯板焊接采用為CO2氣體保護焊，焊接時采用小的熱輸入。為了防止產生熱裂紋，首先，應嚴格控制母材及焊接材料中的S、P含量，做到從成分上減少對焊接接頭的影響；其次，采用錘擊焊道等工藝措施，減少焊接應力，以防產生熱裂紋。為消除焊接應力，每焊一道后用尖錘錘擊焊縫區。在條件允許的情況下，焊后對焊縫進行噴水冷卻，以減少基體金屬受熱，使熔敷金屬得到奧氏體組織。另外，可采用短弧、跳焊、短段焊等工藝措施，以減少碳化物的析出，從而保證焊縫熔敷金屬的沖擊韌性。

第四，由于磨機襯板中Q235A板較薄（4mm），焊接時本身并不需要預熱，因此在條件允許的條件下，前面施焊，后面用噴水裝置（噴水壺）噴出霧狀的水珠，以加快冷卻速度，控制層間溫度，以提高焊接效率并保證接頭性能。若為厚板或需預熱的材質，則在焊接過程中，不能噴水，以防噴灑在需預熱的母材的熱影響區中，形成冷裂紋。

3.產品跟蹤

產品實際焊接時，通過自制樣板以協助裝配，如圖3所示。本產品的焊接時，首先采用快速施焊、跳焊的焊接方法，以減小熱輸入；其次，采用紅外測溫儀對層間溫度進行測量，以控制其小于80℃；再次，采用向焊接區噴水的工藝措施以加快冷卻速度，提高焊接效率。焊接過程中，每焊接一小段焊縫，立即用尖錘錘擊焊道，以釋放應力，進而防止焊接接頭處產生結晶裂紋和液化裂紋。在保證焊縫質量的前提下，實際焊接參數如表2所示。

表2 實際焊接參數

圖3 通過自制樣板以協助裝配

焊后用砂輪對焊接區進行打磨，打磨出金屬光澤后進行PT檢查。

4.焊后分析

磨機襯板的焊接嚴格按照焊接操作規程執行，并對產品焊縫進行PT檢測，未發現任何缺陷，結果合格，得到用戶的認可。由于每位焊工操作水平及操作習慣的不同，在一定程度上影響到焊接參數的選擇，比如操作水平高的焊工，在選擇焊接參數時，在允許的范圍內，可以適當增大焊接電流，提高焊接速度，以提高焊接效率。而操作水平低的焊工，可能選擇較小的焊接參數，這樣便于控制焊縫成形及電弧的穩定性。綜合考慮以上因素，我們重新修訂了焊接參數（見表3），焊接注意事項同前面所述。

表3 修訂后焊接參數

5.結語

（1）通過對ZGMn18Cr2進行焊接性分析，選擇了合適的焊接材料，滿足了ZGMn18Cr2的焊接質量要求。

（2）本產品在實際焊接時，嚴格控制層間溫度≤80℃，采用快速施焊、跳焊的方法，以及向焊接區噴水及用尖錘錘擊焊道的工藝措施，獲得了性能良好的焊接接頭。

（3）通過實際產品跟蹤，且考慮到焊接工藝的可實施性，還修訂了焊接參數。