高錳鋼的焊接性研究

廖宗喜

摘 要：在工業(yè)生產(chǎn)中，高錳鋼有著非常廣泛的應(yīng)用。在具體應(yīng)用過(guò)程中，高錳鋼所承受的沖擊載荷和接觸應(yīng)力較大，存在破裂的危險(xiǎn)，進(jìn)而縮短了高錳鋼的使用壽命。為了延長(zhǎng)使用壽命，需要利用焊接修復(fù)的方法保障高錳鋼可繼續(xù)使用。由于高錳鋼的焊接性比較差，因此，對(duì)其焊接性進(jìn)行了研究，并提出了相應(yīng)的解決辦法。

關(guān)鍵詞：高錳鋼；沖擊載荷；接觸應(yīng)力；熱裂紋

中圖分類號(hào)：TG457.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.18.104

當(dāng)高錳鋼出現(xiàn)破裂后，需要進(jìn)行焊接修復(fù)工作，但因高錳鋼的焊接性較差，如果焊接不當(dāng)，則會(huì)引發(fā)質(zhì)量問(wèn)題，進(jìn)而影響高錳鋼的正常使用。因此，焊接工藝、焊接材料的選擇是非常重要的。為了提升焊接質(zhì)量，需要對(duì)高錳鋼的焊接性進(jìn)行研究，選擇正確的焊接工藝，以達(dá)到延長(zhǎng)高錳鋼使用壽命的目的。

1 高錳鋼的焊接性

高錳鋼是一種鑄鋼，含有碳和錳，在其鑄態(tài)組織中包含四種組織形式，即奧氏體、碳化物、珠光體和低熔點(diǎn)共晶物。高錳鋼的焊接性較差，甚至在一段時(shí)間內(nèi)高錳鋼被認(rèn)為是不可焊接的，如果必須焊接，則需要進(jìn)行水韌處理。然而，經(jīng)過(guò)水韌處理后，高錳鋼的性能會(huì)受到影響。目前，人們?cè)谔箍寺膸А⒌V山破碎機(jī)顎板等部件上都應(yīng)用了高錳鋼，這些機(jī)件的共同特點(diǎn)是磨損力、沖擊力非常強(qiáng)，這也使高錳鋼易產(chǎn)生破裂的問(wèn)題。由于高錳鋼的焊接性較差，因此，水韌處理完成后，必須嚴(yán)格選擇焊接工藝和焊接材料。

2 高錳鋼焊接中的主要問(wèn)題

在焊接高錳鋼時(shí)，焊接部位的溫度會(huì)不斷升高，單相奧氏體組織具有的熱裂敏感性非常高，在溫度升高的影響下，液化裂紋非常容易產(chǎn)生，進(jìn)而影響高錳鋼的性能。液化裂紋常發(fā)生在近縫區(qū)，此外還會(huì)產(chǎn)生焊縫裂紋，二者都屬于熱裂紋。熱裂紋產(chǎn)生的主要誘導(dǎo)因素是高錳鋼的某些構(gòu)成要素，即在高錳鋼中包含的有害元素主要以磷和硫?yàn)橹鳎瑫r(shí)，還包含磷共晶物。這些物質(zhì)的存在增加了熱裂紋發(fā)生的概率，比如Mn-Mn3P共晶的熔點(diǎn)為960 ℃，與之相比，高錳鋼的熔點(diǎn)要高很多，進(jìn)而導(dǎo)致高錳鋼易產(chǎn)生熱裂紋。此外，雖然高錳鋼中的硫元素含量較少，但與其他元素形成共晶物的可能性較高，比如形成Fe-FeS共晶物，其熔點(diǎn)同樣低于高錳鋼；受膨脹系數(shù)的影響較大，高錳鋼在焊接完成后的收縮量非常大，導(dǎo)致焊接應(yīng)力較大，進(jìn)而使形成熱裂紋的可能性提高。

碳化物的析出是高錳鋼焊接中最主要的問(wèn)題。當(dāng)析出量過(guò)大時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱裂紋，進(jìn)而破壞焊接接頭。在焊接前，要對(duì)高錳鋼進(jìn)行水韌處理，當(dāng)焊接溫度超過(guò)250 ℃時(shí)，碳化物會(huì)逐漸析出，尤其是當(dāng)溫度提升到500～700 ℃之間時(shí)，碳化物的析出速度非常快。一般而言，碳化物的析出形態(tài)主要有2種：①晶內(nèi)彌散分布的細(xì)粒狀、粗粒狀；②晶界連續(xù)、不連續(xù)或網(wǎng)狀。隨著溫度逐漸升高，碳化物的析出速度、數(shù)量會(huì)隨之加快和增長(zhǎng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定程度時(shí)，高錳鋼的性能會(huì)變得非常差。

3 解決辦法

根據(jù)上述分析可知，在焊接高錳鋼時(shí)，當(dāng)上升到一定的溫度后，會(huì)出現(xiàn)碳化物析出和熱裂紋，進(jìn)而對(duì)高錳鋼的性能造成比較嚴(yán)重的影響。因此，在焊接時(shí)，除了應(yīng)盡量降低熱輸入量外，還需要科學(xué)地選擇焊接方法和焊接材料。

一般而言，在焊接高錳鋼時(shí)，可采取在水中焊接和在焊接完成后迅速冷卻的方法。在水中焊接時(shí)，要保持高錳鋼處于水韌處理狀態(tài)中，并在水中設(shè)置支架，在支架上放置高錳鋼件，通常情況下，焊接表面與水面的距離應(yīng)保持在5 mm之內(nèi)；完成一道焊接后迅速澆冷水促進(jìn)冷卻，同時(shí)，為了降低焊接應(yīng)力，還需要錘擊；水中焊接完成后，需要再次進(jìn)行水韌處理，以便于消除因碳化物析出造成的影響。

在焊接高錳鋼時(shí)，熱裂紋和碳化物析出問(wèn)題出現(xiàn)的部位為熱影響區(qū)。因此，焊接接頭應(yīng)采用多層多道堆焊的方法。在具體焊接中，主要采取的方式為斷續(xù)焊接——當(dāng)焊縫完成100 mm時(shí)澆冷水并錘擊，之后繼續(xù)焊接，直至焊完。

為了驗(yàn)證焊接方法和焊接材料選擇的正確性，分別進(jìn)行了金相組織分析和掃描電子顯微分析。經(jīng)過(guò)科學(xué)的分析后，驗(yàn)證了上述選擇的正確性，碳化物析出和熱裂紋問(wèn)題得到了有效控制，延長(zhǎng)了高錳鋼的使用壽命。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，由于高錳鋼的焊接性較差，如果焊接工藝、焊接材料選擇不正確，則會(huì)導(dǎo)致在焊接過(guò)程中出現(xiàn)碳化物析出和熱裂紋，進(jìn)而對(duì)高錳鋼的性能造成嚴(yán)重的影響。因此，針對(duì)存在的焊接質(zhì)量問(wèn)題，本文選擇了恰當(dāng)?shù)暮附庸に嚭秃附硬牧希娱L(zhǎng)了高錳鋼的使用壽命。

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〔編輯：張思楠〕