超高錳鋼與鋁青銅襯板的焊接工藝

朱寧

摘要：通過(guò)對(duì)細(xì)破碎機(jī)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(guò)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(wèn)題，保證了角焊縫的焊接質(zhì)量和使用性能要求。

關(guān)鍵詞：異種金屬焊接；過(guò)渡層；工藝及措施

前言

攀鋼礦業(yè)選礦廠有8臺(tái)細(xì)破碎機(jī)是由荷蘭美卓公司生產(chǎn)制造，其主機(jī)架座材質(zhì)為ZG120Mn17，機(jī)架座上表面周圍均勻分布安裝焊接的3塊襯板材質(zhì)為鑄造鋁青銅（ZCuAl9Mn2），襯板規(guī)格928×325×20mm。襯板的作用是破碎機(jī)生產(chǎn)過(guò)程中，自動(dòng)調(diào)節(jié)支撐環(huán)的偏轉(zhuǎn)角度和減少支撐環(huán)與主機(jī)架座的摩擦。由于生產(chǎn)過(guò)程中還要受到振動(dòng)載荷，未到使用周期（2年），大部分襯板均沿角焊縫機(jī)架座側(cè)熔合處脫落，無(wú)法正常運(yùn)行生產(chǎn)。需停機(jī)整體更換新主機(jī)架或進(jìn)行焊接修復(fù)，而主機(jī)架備品拆換時(shí)間長(zhǎng)，且成本增加，為不影響生產(chǎn)任務(wù)，決定采取焊接修復(fù)。目前國(guó)內(nèi)沒(méi)有超高錳鋼與鋁青銅異種金屬焊接這方面的介紹和報(bào)道，荷蘭美卓公司也不愿意提供焊接資料。我們通過(guò)對(duì)母材的焊接性分析，選擇合適的焊接材料，堆焊過(guò)渡層等工藝及措施，成功地解決了這一焊接問(wèn)題。

1.斷裂現(xiàn)象觀察

焊縫斷裂的位置都在沿機(jī)架座側(cè)的熔合處，每塊襯板的焊縫斷裂面上均出現(xiàn)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(diǎn)狀?yuàn)A雜物。這與原焊接時(shí)的工藝、措施、焊接材料和焊接應(yīng)力有關(guān)。

2 .焊接性分析

主機(jī)架座超高錳鋼是經(jīng)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(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)見(jiàn)表1，機(jī)械性能見(jiàn)表2。當(dāng)超高錳鋼加熱到300℃以上時(shí)，原溶解到奧氏體金屬中的碳就會(huì)從奧氏體晶粒內(nèi)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(huì)使超高錳鋼脆化，力學(xué)性能大幅度下降，還可導(dǎo)致超高錳鋼熱影響區(qū)產(chǎn)生裂紋。所以焊接時(shí)，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(guò)程中保持較低溫度，減少基體在300℃以上停留時(shí)間。

超高錳鋼的線膨脹系數(shù)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(guò)程中容易出現(xiàn)應(yīng)力和裂紋。焊接時(shí)應(yīng)減少熱輸入量和采取降低應(yīng)力等措施。

ZCuAl9Mn2鋁青銅焊接時(shí)的主要問(wèn)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(chǎn)生夾渣、氣孔和未熔合等缺陷。因此，焊前應(yīng)清除表面氧化物，焊接過(guò)程中宜快速冷卻，降低在較高溫度的停留時(shí)間，防止鋁的氧化。因鋁青銅的熱導(dǎo)率λ=64w（m.k）比純銅和黃銅低，并且有較窄的結(jié)晶區(qū)間，焊接時(shí)可以不采取預(yù)熱措施。ZCuAl9Mn2鋁青銅的化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)表3所示。

超高錳鋼與鋁青銅焊接時(shí)，如選擇鋁青銅焊接材料，液態(tài)銅對(duì)近縫區(qū)鋼的晶界有較強(qiáng)的滲透作用，在拉應(yīng)力作用下單相奧氏體的超高錳鋼容易產(chǎn)生滲透裂紋。防止措施：選擇合適的焊接材料或堆焊過(guò)渡層等措施。

3.焊接材料的選擇

鋁青銅焊接時(shí)，相匹配的焊條是T237，其熔敷金屬化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)表4所示。但它與超高錳鋼在一起焊接時(shí)，在超高錳鋼側(cè)的近縫區(qū)有產(chǎn)生滲透裂紋的傾向，不能直接使用焊接。因Ni與Cu能無(wú)限互熔，可排除Cu的有害作用，當(dāng)Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于16%時(shí)的焊縫在碳鋼上不會(huì)產(chǎn)生滲透裂紋。所以，我們選擇鎳銅焊條Ni207進(jìn)行過(guò)渡層堆焊，可有效地避免滲透裂紋產(chǎn)生。Ni207熔敷金屬化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)表5所示。

4.焊前準(zhǔn)備

將機(jī)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(nèi)表面的氧化膜徹底清除干凈，并露出金屬光澤。

焊條按規(guī)定進(jìn)行烘干，并放在100℃的保溫筒內(nèi)隨用隨取。

準(zhǔn)備一臺(tái)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(yīng)分層、分段、對(duì)稱分散跳焊。每段焊道長(zhǎng)度最長(zhǎng)不得超過(guò)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(yīng)超過(guò)100℃。采用輕微直線往復(fù)運(yùn)條，焊道寬度約為焊條直徑的2～3倍，后一焊道應(yīng)壓住前一焊道的1/3，以使焊層表面平展。

焊接過(guò)程中要注意每道間的接頭處應(yīng)錯(cuò)開(kāi)20mm左右，收弧時(shí)填滿弧坑；焊道與母材的結(jié)合部位應(yīng)熔合良好，并與母材圓滑過(guò)渡。

6.焊后檢驗(yàn)

焊接完成后外觀檢查焊縫表面無(wú)氣孔、夾渣、咬邊等缺陷，檢測(cè)角焊縫凸度和凹度均小于1.5mm范圍內(nèi)，焊縫與母材熔合部位過(guò)渡較圓滑，符合外觀標(biāo)準(zhǔn)要求。焊縫表面及周圍進(jìn)行著色檢驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)有裂紋等缺陷。

7.結(jié)論

針對(duì)細(xì)破碎機(jī)上的超高錳鋼與鋁青銅襯板異種金屬焊接的角焊縫產(chǎn)生的裂紋及脫落現(xiàn)象，通過(guò)對(duì)超高錳鋼和鋁青銅的焊接性能及特點(diǎn)分析，結(jié)合細(xì)破碎機(jī)的使用情況和要求，選擇合適的焊接材料，采取堆焊過(guò)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(fù)了細(xì)破碎機(jī)上超高錳鋼與鋁青銅襯板的角接焊縫。設(shè)備正常運(yùn)行至今已超過(guò)兩年，未發(fā)現(xiàn)角焊縫有裂紋出現(xiàn)和襯板脫落現(xiàn)象，延長(zhǎng)了設(shè)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(shù)支持。

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