技术改造
李丽丹1 潘子祥1 彭恂军2
（1.攀钢集团工程技术有限公司；2.攀钢集团攀枝花钢钒有限公司物流中心，四川攀枝花 617000）
摘 要：本文根据材质为ZMn13的破碎机高锰钢锷板产生的磨损和裂纹状况，分析研究选择合适的焊接材料，并制定出采取堆焊过渡层和耐磨层等合理的工艺及措施，成功地焊接修复了裂纹缺陷和完成表面堆焊，延长了破碎机锷板的使用寿命。 关键词：ZMn13；焊接；过渡层
1 前言
攀钢钒公司用于破碎矿渣用的破碎机，由于不到使用周期（6个月），破碎机内的锷板（材质ZMn13）表面磨损严重，磨损面深度有10～13mm、面积约有20～25cm2不等，大体呈长条形，在磨损面还伴随有不同程度的裂纹现象，不能继续使用，必须停产更换。由于每台破碎机每2个月就须更换1付锷板，每付锷板价值7000多元，4台破碎机一年要增加成本费用近20万，为降低成本和保障生产正常运行，需研究解决这一焊接修复问题和达到使用周期要求。
2 焊接性分析
2.1 ZMn13性能
ZMn13为高锰高碳合金钢，是典型的抗磨损的材料，在受到冲击，挤压和磨损的情况下，表面立刻形成硬化层，而其内部仍然是奥氏体组织，保持良好的塑性和韧性，同时硬化层具有良好的耐磨性能和抗冲击性能。由于ZMn13含碳量和含锰量高，焊接性差，如果焊接材料的选择和工艺措施不当，堆焊层会产生裂纹，甚至焊肉剥离。ZMn13性能和化学成分表1、表2所示。
表1 ZMn13钢的性能
抗拉强度MPa延伸率A硬度HB金相组织热处理规范＞637＞20％＜229奥氏体淬火1000-1100℃的水冷
表2 ZMn13钢的化学成分 ％
C Mn Si S P
1.1-1.511-150.3-1.0＜0.050＜0.090
2.2 热裂纹
由于Mn的线膨胀为低碳钢的1.3-1.5倍，热导率仅为低碳钢的1/5，焊接时的高温梯度会导致产生较大的焊接拉应力；同时在焊接过程中由于P、S 有害杂质的影响，P的极低溶解度和S造成的偏析，都易在晶界形成Fe-Fe3P、Mn-Mn3P、Fe-FeS低熔点共晶物，因此ZMn13焊缝易产生热裂纹和热影响区的液化裂纹。防止措施是减少S、P的量和焊接拉应力。
2.3 碳化物析出和热影响区脆化
经水韧处理的高锰钢在300℃以上重新受热时，会导致碳化物从奥氏体中重新析出，这是引起热影响区脆化的主要原因。碳化物析出在450℃～900℃的敏感区最为严重，在此温度区间停留时间越长，析出碳化物就越多。因此在工艺上应采取缩短高温停留时间和加快焊接速度等措施，或降低含碳量并添加Ti、Nb、V等以细化晶粒并形成合金碳化物，可以有效防止碳化物析出的影响。
3 焊接材料选择
由于锷板的磨损面还存在有裂纹，必须先修复裂纹缺陷后在进行堆焊。因ZMn13高锰钢焊接性较差，直接在表面堆焊耐磨材料时，有产生裂纹的倾向。通过分析和研究选择塑韧性好，抗裂性好的镍基焊接材料Z308焊条来焊补裂纹缺陷和堆焊过渡层。因镍在钢中是形成奥氏体的元素，能保持良好的塑性和韧性，可提高钢对疲劳的抗力和减小钢对缺口的敏感性，还可吸收焊接过程中产生的较多应力，对氢的溶解度也高。选择能受冲击、坚韧耐磨损，具有加工硬化的奥氏体高锰钢焊条D256堆焊填充和表
面层，如若焊后立即水淬表面层硬度还可较大提高。
4 焊接工艺及措施
4.1 焊前准备
1）焊前清理焊补处的泥垢、铁锈，检查有无起层、夹砂、气孔等缺陷，若有必须用砂轮或碳弧气刨铲出。磨损的部位必须用砂轮磨去硬化层，因为硬化层的金属对裂纹十分敏感。
2）焊条按规定进行烘干，并放在保温桶内，随用随取。
3）准备一台直流焊接电源和一把带圆头的小锤（小锤重0.5Kg，圆头直径D=5mm）。投资区域
4.2 焊接工艺参数
焊接时尽可能地采用小的线能量，直流反极性，短弧操作，在熔合良好的情况下提高焊接速度，以减少基体金属受热而减少碳化物的析出。
4.3 焊补次序及熔敷顺序
先焊补小裂纹，再焊补大裂纹；先焊补分支裂纹，再焊补主裂纹；裂纹焊补完成后，检查表面无裂纹
再焊接过渡层；最后在过渡层上堆焊耐磨层。过渡层厚度控制在4mm，耐磨层厚度应≥6mm。
4.4 焊接顺序及方向
过渡层和耐磨层焊接应从堆焊面的中心位置向四周分段、分层、对称分散焊接，以向四周排除部分应力和使应力分布均匀，降低堆焊层剥离的倾向。
4.5 焊接过程控制
焊接过程中采用轻微直线往复运条，焊道宽度约为焊条直径的2~3倍；注意每道间的接头处应错开20mm左右，收弧时填满弧坑；焊道与四周表面的母材结合部位应熔合良好，并与母材圆滑过渡。每段焊道长度最长不得超过70mm，或是焊完一根焊条的1/4~1/3就灭弧浇水冷却，使焊道及周围的温度不应超过100℃，防止碳化物析出。 行政处罚法第27条>alp
4.6 焊后锤击
每焊完一段浇水后，立即用带有圆头的小锤在焊道表面进行敲击，达到布满麻点为止，使焊道产生部分塑性变形来抵消焊道的部分收缩变形，消除焊道部分应力。由于敲击使破碎金属延展，焊道扩展，表面形成压应力，可防止表面裂纹产生，还可防止产生剥离。
5 焊后检测
bemmart焊补完冷却到室温后，采用目测和着探伤检测表面是否有裂纹，如果有裂纹要进行清理，然后再用相同的焊接方法进行补焊。
6 结论
按上述工艺焊补高锰钢锷板磨损处裂纹及表面进行堆焊，能有效地控制高锰钢碳化物析出和热影响区脆化现象；并降低了堆焊层的残余应力，防止了堆焊层产生裂纹和剥离的问题。经使用后堆焊层性能优于母材要求，延长了使用寿命，现已达到检修周期6个月更换一次，且焊接成本远远低于新锷板的价值，值得推广应用。
参考文献：
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作者简介：
李丽丹，女，本科，工程师，从事材料加工。陈衍景
—256—
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